Fiche de révision : Endosymbioses et évolution eucaryote

Plan du Cours

  1. Mécanismes des transferts horizontaux
  2. Rétrovirus et génomes des primates
  3. Exemples de transferts entre espèces
  4. Applications humaines et résistances
  5. Fonctionnement des endosymbioses
  6. Indices de l’origine endosymbiotique
  7. Endosymbioses primaires et secondaires
  8. Conséquences évolutives des endosymbioses

1. Mécanismes des transferts horizontaux

Notions clés & Définitions

  • Transfert horizontal : Passage de gènes d’un organisme à un autre d’une espèce différente, contrairement à la transmission verticale des parents aux descendants.

★ À maîtriser

  • Lors d’une transformation, de l’ADN libre provenant généralement de la mort d’un organisme est intégré par une cellule receveuse puis incorporé à son génome.

  • Lors d’une transduction, un virus ou un phage emporte des fragments d’ADN d’une cellule hôte et peut les introduire dans une nouvelle cellule infectée, qui peut les intégrer à son patrimoine génétique.

  • Lors d’une conjugaison bactérienne, deux cellules entrent en contact par un pont cytoplasmique et échangent une partie de leur matériel génétique, notamment des plasmides.

Compléments

  • L’universalité de l’ADN, l’unicité de sa structure et l’universalité du code génétique autorisent des échanges génétiques entre organismes non nécessairement apparentés.

2. Rétrovirus et génomes des primates

Notions clés & Définitions

  • Rétrovirus endogène : Rétrovirus intégré à l’ADN d’une cellule de la lignée germinale, transmissible à la descendance comme un gène.

★ À maîtriser

  • L’analyse du génome humain a révélé qu’environ 8 à 10 % de sa séquence est d’origine virale.

Compléments

  • La plupart des rétrovirus endogènes sont inactifs en raison d’altérations génétiques ou de la répression de leur expression par des systèmes de contrôle cellulaires.

  • Les séquences virales du génome humain sont des vestiges d’infections de cellules germinales de nos ancêtres primates par des rétrovirus, survenues il y a plusieurs millions d’années.

Astuce mémo

Intégration dans une cellule germinale → transmission à la descendance

3. Exemples de transferts entre espèces

★ À maîtriser

  • La syncytine est responsable de la fusion de cellules en cellules à plusieurs noyaux et contribue à la mise en place du placenta humain.

  • Des bactéries marines portant le gène de la porphyranase auraient transféré ce gène à des bactéries intestinales, leur permettant de mieux digérer les porphyranes des algues consommées.

Compléments

  • La région Fh de la syncytine et la région Fv de la protéine d’enveloppe du virus MPMV présentent 80 % d’identité et la même structure spatiale.

  • Le virus MPMV infecte principalement les primates, ce qui étaye l’hypothèse d’un transfert horizontal du gène viral de fusion cellulaire aux cellules de primates.

  • La bactérie marine Zobellia galactanivorans et la bactérie intestinale Bacteroides plebeius sont présentées comme partenaires du transfert du gène de la porphyranase.

4. Applications humaines et résistances

Notions clés & Définitions

  • Transgenèse : Technique de transfert horizontal artificiel qui produit des êtres vivants possédant des gènes provenant d’une autre espèce.
  • Thérapie génique : Transfert, à l’aide d’un vecteur, d’un gène normal dans le génome d’une cellule comportant un gène déficient afin de réparer généralement localement un génome défaillant.

★ À maîtriser

  • Des gènes de résistance aux antibiotiques peuvent être portés par des plasmides, courtes molécules d’ADN circulaires transmissibles directement entre bactéries par des ponts cytoplasmiques.

Compléments

  • Certains OGM sont issus de la transgenèse.

  • L’usage excessif de traitements antibiotiques a favorisé le développement de populations bactériennes de plus en plus résistantes.

  • Chez les ascidies, la tunique est constituée de cellulose, et le cours attribue aux bactéries le transfert de gènes impliqués dans sa synthèse.

  • Chez les nématodes, le cours attribue à un transfert bactérien du gène de la cellulase la capacité de digérer la cellulose, contrairement aux autres animaux.

  • Chez les pucerons, la couleur orange est due à des caroténoïdes, et le cours attribue à un transfert de champignons les gènes nécessaires à leur synthèse.

5. Fonctionnement des endosymbioses

Notions clés & Définitions

  • Symbiose : Association durable à bénéfices réciproques entre organismes d’espèces différentes.
  • Endosymbiose : Association étroite dans laquelle un organisme vit à l’intérieur des cellules ou des tissus d’un autre organisme.

★ À maîtriser

  • L’endosymbiote fournit souvent à son hôte des molécules organiques issues de la photosynthèse, des vitamines ou des acides aminés essentiels, tandis que l’hôte procure un milieu stable et protégé et parfois des nutriments.

  • La régression de l’endosymbiote s’accompagne souvent d’un transfert de gènes vers le noyau de la cellule hôte, favorisé par la proximité des partenaires.

Compléments

  • Des zooxanthelles vivent dans les tissus des polypes constructeurs de coraux, et les bactéries Buchnera chez les pucerons du pois.

  • Chez l’hôte, l’endosymbiote est internalisé dans une vésicule cytoplasmique et régresse souvent en perdant certains caractères, comme sa paroi ou son flagelle.

  • L’endosymbiose peut imposer au polype de vivre en eaux claires et peu profondes et de produire des molécules antioxydantes contre l’excès de dioxygène rejeté par la photosynthèse de l’algue.

Astuce mémo

L’hôte protège et nourrit ; l’endosymbiote apporte des ressources.

6. Indices de l’origine endosymbiotique

★ À maîtriser

  • Les mitochondries et les chloroplastes possèdent chacun une double membrane, dont la membrane externe dériverait de la cellule hôte d’origine.

  • Les mitochondries et les chloroplastes possèdent leur propre ADN et sont donc des organites semi-autonomes ; la comparaison des génomes indique que les cyanobactéries ont contribué à l’origine génétique des plantes.

Compléments

  • Les mitochondries et les chloroplastes mesurent environ 1 µm, une taille comparable à celle des bactéries.

  • Les membranes externes des mitochondries et des chloroplastes, comme les membranes bactériennes, contiennent des porines, tandis que la cardiolipine est présente exclusivement dans la membrane interne des mitochondries et dans les membranes bactériennes.

  • Les cyanobactéries et les chloroplastes possèdent des glycolipides membranaires et des thylacoïdes.

  • L’ADN des mitochondries et des chloroplastes est circulaire et n’est pas associé à des histones, comme l’ADN bactérien.

  • Les mitochondries et les chloroplastes possèdent les composants nécessaires à la synthèse protéique, notamment des ARNt, des ribosomes et des polymérases, et utilisent la N-formylméthionine pour initier la traduction, comme les bactéries.

  • Après duplication de leur matériel génétique, les mitochondries et les chloroplastes peuvent se diviser par étranglement médian.

7. Endosymbioses primaires et secondaires

Notions clés & Définitions

  • Endosymbiose secondaire : Se produit lorsqu’un eucaryote possédant déjà un endosymbiote entre en endosymbiose avec un autre eucaryote.

★ À maîtriser

  • Lors de l’endosymbiose primaire, une cellule eucaryote primitive absorbe une bactérie qui devient une mitochondrie assurant une respiration aérobie utilisant le dioxygène, ce qui produit une cellule eucaryote hétérotrophe.

  • Lors d’une seconde endosymbiose primaire, la cellule eucaryote hétérotrophe absorbe une cyanobactérie photosynthétique, qui devient un chloroplaste et donne une cellule eucaryote autotrophe.

📌 La respiration au sulfate a précédé la respiration au dioxygène, laquelle est apparue après la photosynthèse évoluée qui décompose l’eau et enrichit l’atmosphère en dioxygène.

Compléments

  • Il y a environ 1,5 à 2 milliards d’années, une cellule eucaryote primitive absorbe une bactérie lors de l’endosymbiose primaire.

  • Dans le chloroplaste issu de l’endosymbiose primaire, la membrane interne est d’origine cyanobactérienne et la membrane externe provient de la membrane plasmique de la cellule qui a absorbé la cyanobactérie.

  • L’internalisation d’une algue verte par les Euglènes est un exemple d’endosymbiose secondaire et explique l’origine de plastes à plus de deux membranes chez certains groupes végétaux.

  • Lors d’une endosymbiose secondaire décrite ici, une cellule eucaryote hétérotrophe absorbe une cellule eucaryote autotrophe dont le chloroplaste à deux membranes reçoit une enveloppe supplémentaire formée par la membrane plasmique de la cellule symbiote et la membrane de phagocytose ; le noyau et le cytoplasme de la cellule symbiote dégénèrent généralement, laissant un chloroplaste entouré de quatre membranes.

8. Conséquences évolutives des endosymbioses

Notions clés & Définitions

  • Hérédité cytoplasmique : Transmission à la génération suivante de l’ADN des organites, situé hors du noyau.

★ À maîtriser

  • Les endosymbioses ont contribué à la formation de lignées évolutives en créant rapidement des organismes chimériques dotés de nouvelles potentialités métaboliques.

  • Les transferts massifs de gènes entre partenaires peuvent rendre chimérique le génome nucléaire, qui contient des gènes eucaryotes ainsi que des gènes d’origine bactérienne provenant des mitochondries et éventuellement des plastes.

Compléments

📌 L’endosymbiose complète l’évolution par descendance avec modification en permettant à deux espèces auparavant libres et reconnaissables de fusionner en une seule.

Astuce mémo

Fusion des partenaires → génomes chimériques et nouvelles lignées.

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Endosymbioses et évolution eucaryote avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Un gène passe d’un organisme d’une espèce à un organisme d’une autre espèce, sans transmission par la reproduction entre parents et descendants. Quel type de transfert cela décrit-il ?

2. Après la mort d’une bactérie, son ADN se retrouve libre dans le milieu. Une cellule d’une autre espèce l’absorbe et l’intègre à son génome. Quel mécanisme est en jeu ?

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Révisez avec les flashcards

Mémorisez les concepts clés de Endosymbioses et évolution eucaryote avec 10 flashcards interactives.

Qu’est-ce qu’un transfert horizontal de gènes ?

Le passage de gènes entre organismes d’espèces différentes.

Quelle proportion du génome humain est d’origine virale ?

Environ 8 à 10 %.

Comment un rétrovirus devient-il endogène ?

Il s’intègre à l’ADN d’une cellule germinale et se transmet à la descendance comme un gène.

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