Fiche de révision : Complexification des génomes

📋 Plan du Cours

1. Transferts verticaux et horizontaux
2. Transformation bactérienne et expériences historiques
3. Mécanismes des transferts bactériens
4. Transferts horizontaux et santé
5. Transferts dans l’arbre du vivant
6. Théorie endosymbiotique
7. Indices de l’origine bactérienne
8. Conséquences évolutives des endosymbioses

📅 Repères chronologiques

1. début du XIXe siècleDes botanistes proposent que les chloroplastes et les mitochondries proviennent de l’endosymbiose de bactéries ; cette idée est reprise et défendue dans les années 1960 sous le nom de théorie endosymbiotique.
2. 1928Griffith montre que l’injection simultanée de bactéries R vivantes et de bactéries S tuées est mortelle pour des souris et fait apparaître des pneumocoques capsulés de souche S. — F. Griffith, 1928
3. 1944Avery, Mac Leod et McCarty démontrent que l’ADN transféré des bactéries S mortes aux bactéries R est responsable de leur transformation.

📖 1. Transferts verticaux et horizontaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Transferts génétiques horizontaux : Transferts génétiques réalisés entre organismes contemporains, non nécessairement apparentés, en l’absence de toute reproduction.
• Transferts génétiques verticaux : Transferts génétiques d’une génération à l’autre par reproduction sexuée ou asexuée.

💡 Astuce mémo

Vertical = reproduction entre générations ; horizontal = échange entre contemporains

📖 2. Transformation bactérienne et expériences historiques

📝 Points essentiels

• Les pneumocoques S sont virulents car leur capsule les protège du système immunitaire, tandis que les pneumocoques R, dépourvus de capsule, ne sont pas pathogènes.

• La transformation bactérienne correspond à l’intégration, par une bactérie, d’un fragment d’ADN libre provenant de bactéries détruites et présent dans l’environnement.

💡 Astuce mémo

ADN des bactéries S mortes → capsule chez les bactéries R vivantes

📖 3. Mécanismes des transferts bactériens

🔑 Notions clés & Définitions

• Conjugaison : Transfert de plasmides, petites molécules d’ADN généralement circulaires, entre bactéries grâce à l’établissement de ponts cytoplasmiques.

📝 Points essentiels

• Les trois mécanismes de transfert horizontal bactérien sont:
  • la transformation par ADN libre
  • la transduction par bactériophage
  • la conjugaison par transfert de plasmide via un pont cytoplasmique

💡 Astuce mémo

TPC : Transformation, Transduction, Conjugaison

📖 4. Transferts horizontaux et santé

★ À maîtriser

• Chez les bactéries, les transferts horizontaux par plasmides constituent le principal mécanisme de propagation des gènes de virulence et de résistance aux antibiotiques.

📌 La fréquence des transferts horizontaux favorise l’apparition et la sélection de bactéries résistantes, voire multirésistantes aux antibiotiques, ce qui pose un problème de santé humaine.

Compléments

• La transgenèse permet d’intégrer artificiellement dans le génome d’un organisme un gène provenant d’une autre espèce.

• L’intégration et l’expression de gènes humains dans des bactéries ou des levures à forte capacité de multiplication permettent de produire massivement des molécules utiles à la santé humaine.

💡 Astuce mémo

Plasmides transférés → diffusion de la virulence et des résistances

📖 5. Transferts dans l’arbre du vivant

★ À maîtriser

• Les virus sont les vecteurs de gènes les plus abondants de la planète et peuvent transférer leurs gènes à des cellules bactériennes ou eucaryotes lors d’une infection.

📌 Un gène présent chez des espèces éloignées peut témoigner d’un transfert horizontal plutôt que d’une filiation entre ces espèces.

📌 Un transfert horizontal rare peut se répandre dans une population au fil des générations si le nouveau caractère qu’il apporte est sélectionné.

Compléments

• La syncytine illustre qu’un même caractère peut se retrouver chez des organismes peu apparentés grâce aux transferts horizontaux qui s’affranchissent de la reproduction et des isolements reproducteurs.

💡 Astuce mémo

Transfert horizontal → nouveau caractère sélectionné → propagation dans la population

📖 6. Théorie endosymbiotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Endosymbiose : Association bénéfique aux deux partenaires dans laquelle une cellule unicellulaire microscopique est incorporée à l’intérieur d’une autre cellule.

📝 Points essentiels

• Lors d’une endosymbiose, le génome de la cellule intégrée régresse progressivement et certains de ses gènes sont transférés vers le génome nucléaire de la cellule hôte.

💡 Astuce mémo

Endocytose → régression du génome → transfert au noyau → nouvelles fonctions

📖 7. Indices de l’origine bactérienne

★ À maîtriser

📌 Les mitochondries et les chloroplastes ont une taille comparable à celle des bactéries et possèdent une double membrane, dont la membrane externe est analogue à la membrane plasmique et la membrane interne présente des analogies avec la membrane bactérienne.

• Les mitochondries et les chloroplastes contiennent un ADN nu qui se réplique indépendamment de l’ADN nucléaire et permet la synthèse de protéines grâce à des ribosomes de type bactérien.

• L’ADN mitochondrial et chloroplastique est plus étroitement apparenté à celui des bactéries et des cyanobactéries qu’à l’ADN nucléaire des cellules eucaryotes.

Compléments

• Les mitochondries et les chloroplastes se divisent par étranglement médian après duplication de leur ADN, comme les bactéries.

📖 8. Conséquences évolutives des endosymbioses

🔑 Notions clés & Définitions

• Hérédité cytoplasmique : Transmission de caractères par l’intermédiaire d’un plasmide, petite molécule d’ADN indépendante du chromosome bactérien.
• Organite : Compartiment cytoplasmique limité par une ou plusieurs membranes et assurant une fonction précise.

📝 Points essentiels

• L’absorption d’une bactérie aérobie par une cellule eucaryote ancestrale est à l’origine des mitochondries, tandis que l’absorption d’une bactérie photosynthétique est à l’origine des chloroplastes.

• Les nouvelles fonctions acquises sont:

  • métaboliques
  • nutritionnelles
  • protectrices

💡 Astuce mémo

Endosymbiose → transfert de gènes et nouvelles fonctions → meilleure adaptation

📊 Tableaux de synthèse

Modes de transfert horizontal bactérien