Cours terminal sur les plantes

« Thème 1 : La Terre, la vie et l’organisation du vivant Partie A : Génétique et évolution Chapitre 2 - La complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbioses ► Définitions :. - transformation, transduction, conjugaison : cf résumé - plasmide : petite molécule d'ADN circulaire présente dans le cytoplasme des bactéries, indépendante du chromosome, capable de réplication autonome et non essentielle à la survie de la cellule. - transgenèse : technique de biotechnologie permettant d'intégrer dans le génome d'un organisme un gène d'une autre espèce. - phylogénie : étude des relations de parenté entre les êtres vivants. - arbre phylogénétique : représentation schématique des phylogénies. - symbiose : association durable à bénéfices réciproques entre organismes d’espèces différentes. - organite : compartiment cytoplasmique limité par une ou plusieurs membranes et assurant une fonction particulière (ex.

: mitochondrie, chloroplastes, vacuole...). - cellule eucaryote : cellule possédant un noyau délimité par une enveloppe et des organites cytoplasmiques. - (cellule procaryote : cellule ne possédant pas de noyau délimité ni organites cytoplasmiques.

(Le matériel génétique se situe dans le cytoplasme.)) - hérédité cytoplasmique : transmission entre générations de caractères héréditaires déterminés par le génome des organites, dont les mitochondries et les chloroplastes. ► Résumé du cours... I.

Les transferts horizontaux de gènes A.

Les transferts horizontaux de gènes ● Les bactéries ont la capacité d'intégrer de l'ADN de leur environnement et de l'exprimer. Cette capacité est notamment permise par l'universalité de la molécule d'ADN. Les échanges génétiques en l'absence de toute reproduction sont nommés transferts génétiques horizontaux, par contraste avec les transferts génétiques verticaux, liés à la reproduction. ● Ces transferts peuvent se faire selon trois modalités :  la transformation : intégration d'ADN libéré dans l'environnement (rq : quand les bactéries sont détruites, elles libèrent des quantités considérables d'ADN dans leur environnement) ;  la transduction : transfert d'ADN par l'intermédiaire d'un virus (bactériophage) emportant des fragments du génome d'une bactérie donneuse vers une bactérie receveuse ;  la conjugaison : transfert d'ADN entre deux bactéries par l'intermédiaire d'un pont de conjugaison. ● L'ADN échangé par conjugaison peut être un plasmide.

On parle d'hérédité cytoplasmique pour qualifier la transmission de caractères par l'intermédiaire de plasmides. Ces échanges génétiques ont d'importantes conséquences sur l'évolution rapide des bactéries, notamment leur résistance aux antibiotiques.

Les pratiques de santé publique sont donc concernées par de tels mécanismes. 1/6 ● Des applications biotechnologiques résultent de la connaissance des mécanismes de transferts horizontaux de gènes.

L'intégration et l'expression de gènes humains dans des micro-organismes à forte capacité de multiplication (bactéries et levures) permet la production massive de molécules d'intérêt utiles à la santé humaine (ex : insuline). B.

La place des transferts génétiques horizontaux dans les processus évolutifs ● La comparaison de séquences d'ADN (ou de séquences d'acides aminés de protéines) d'espèces différentes permet de construire des arbres de parenté ou arbres phylogénétiques : en effet, de similitudes génétiques traduisent généralement un héritage commun plus ou moins récent, transmis ensuite de générations en générations.

On parle dans ce cas de transferts verticaux des gènes. Mais il arrive que l'on identifie pour un gène particulier une similitude étonnante entre espèces éloignées.

Dans ce cas, la proximité génétique ainsi révélée ne traduit pas une filiation entre les espèces concernées, mais résulte d'un transfert horizontal de gène. En effet, du fait de l'universalité de la molécule d'ADN, des transferts horizontaux de gènes sont possibles entre espèces parfois très éloignées dans l'arbre du vivant (animaux, bactéries, archées, plantes, champignons...).

Ainsi, il a été établi que l'ADN humain contient environ 8 à 10% de gènes d'origine virale.

Les transferts horizontaux de gènes constituent une source de diversification des êtres vivants, permettant une adaptation rapide aux variations de l'environnement.

Ils ont joué un rôle important dans l'évolution des populations et des espèces. Si l'on fait figurer sur un arbre phylogénétique les transferts horizontaux, on obtient un « réseau phylogénétique » qui traduit la complexité de l'histoire évolutive du vivant. II.

Les endosymbioses, une diversification par fusion entre organismes A.

L’endosymbiose, une association très étroite entre êtres vivants ● Dans le cas de symbioses particulières, si l’un des partenaires vit à l’intérieur des cellules on parle d’endosymbiose.

Au sein des cellules de l’hôte, l’endosymbiose est internalisée dans une vésicule cytoplasmique. Dans la plupart des cas, l’endosymbiote apporte à son hôte des avantages d’ordre nutritionnel et métabolique (molécules organiques issues de la photosynthèse…).

Réciproquement, l’organisme hôte procure à l’endosymbiote un milieu stable et protégé.

Il y a ainsi, pour les deux organismes, acquisition de nouvelles potentialités permettant une meilleurs adaptation aux ressources et contraintes du milieu. ● L’endosymbiose associe les génomes des deux partenaires au sein d’une même cellule. Souvent, celui de l’endosymbiote régresse, cette régression s’accompagne d’un transfert de gènes vers le noyau de la cellule hôte.

Ce transfert contribue à la complexification du génome de la cellule hôte qui se trouve enrichi de nouvelles potentialités. B.

L’origine endosymbiotique des organites cellulaires des eucaryotes ● A partir de la fin du XIXè siècle, des botanistes ont suggéré l’idée que les chloroplastes et les mitochondries des cellules eucaryotes provenaient de l’endosymbiose de bactéries.

Cette idée a été reprise après les années 1960 et défendue sous le nom de « théorie endosymbiotique » par Lynn Margulis. Cette hypothèse a d’abord été étayée par de nombreuses ressemblances entre les organites et les bactéries :  La taille des mitochondries et des chloroplastes est comparable à celle des bactéries (quelques µm).  Ces deux organites sont dotés d'une double membrane. 2/6 Une membrane externe analogue à la membrane plasmique (résultant de l'endocytose) et une membrane bactérienne. Le système de membrane interne des cyanobactéries renferme, tout comme les thylakoides des chloroplastes, des pigments chlorophylliens assurant la capture d'énergie lumineuse et la réalisation de la photosynthèse.  Mitochondries et chloroplastes renferment de petites molécules d'ADN nu, comme chez les bactéries.

Cet ADN se réplique indépendamment de l'ADN nucléaire, et commande la synthèse de protéines fabriquées dans les organites grâce à des ribosomes de type bactérien.  Chloroplastes et mitochondries se divisent par étranglement médian après avoir dupliqué leur ADN, comme le font les bactéries. ● La comparaison des génomes a confirmé l'hypothèse de l'origine endosymbiotique des organites : l'ADN mitochondrial et chloroplastique.... »