Légende de la leçon
Vert : définitions
Introduction
La molécule d’ADN est universelle dans le monde vivant et porte les gènes des individus. Elle est composée de nucléotides qui sont assemblés entre eux mais avec des combinaisons différentes en fonction des espèces. De manière générale, le transfert de gènes se fait avec la reproduction sexuée (transmission de gènes d’un parent à un enfant) ou avec la reproduction non-sexuée (formation de nouvelles cellules par divisions cellulaires de cellules déjà existantes). Pourtant, il est parfois possible d’échanger son matériel génétique en-dehors de la reproduction.
I. Les transferts horizontaux
Contrairement aux transferts génétiques verticaux (liés à la reproduction), il est parfois possible d’observer des échanges de gènes entre espèces : ce sont les transferts génétiques horizontaux.
1) Différents types de transferts
Il existe trois principaux transferts génétiques horizontaux :
- La transduction : les virus sont des parasites cellulaires qui vont pénétrer à l’intérieur d’une cellule pour libérer leur information génétique, la cellule va la multiplier comme s’il s’agissait de son matériel génétique, avant de la libérer en formant de nouveaux virus. Parfois, les gènes des virus peuvent s’intégrer au génome de la cellule hôte et inversement : les nouveaux virus produits peuvent contenir des gènes provenant de l’hôte. Ces gènes échangés avec les virus, pourront à nouveau être transférés à de nouvelles cellules contaminées.
- La conjugaison : les bactéries sont capables de former des ponts cytoplasmiques entre elles. Elles peuvent donc se transférer des nutriments mais également des plasmides (= partie de l’ADN de la bactérie). Cette transmission, nommée hérédité cytoplasmique, peut se faire entre bactéries de la même espèce, ou d’espèces différentes, mais également entre bactéries et cellules eucaryotes.
- La transformation : lors qu’une bactérie est détruite, elle libère son matériel génétique dans son environnement. Parfois, certains fragments de son ADN (portant un ou plusieurs gènes) peuvent être intégrés dans une autre bactérie. Cette dernière sera porteuse d’un nouveau gène ou d’une nouvelle version (= allèle). Cependant, ce processus n’est faisable que par certaines espèces dans des environnements particuliers (milieu aquatique ou du sol).
2) Impact dans l’évolution
Les transferts verticaux de gènes permettent de comparer les séquences d’ADN entre espèces différentes pour repérer des caractéristiques génétiques montrant un lien de parenté. Cela permet de construire des arbres phylogénétiques et d’estimer les apparitions des caractères au fil de l’évolution des espèces, puisqu’ils se transmettent de génération en génération.
Si on observe un gène présent chez deux espèces très différentes et très éloignées sur l’arbre phylogénétique, cela montre la présence d’un transfert horizontal du gène. Surtout s’il est absent chez les espèces apparentées ou proches. Ces transferts horizontaux ont donc eu un rôle très important sur la diversification et l’évolution des espèces et des écosystèmes au cours de l’histoire de la Terre, et aujourd’hui encore avec l’antibiorésistance des bactéries.
De plus en plus de bactéries deviennent résistantes à nos antibiotiques. Elles utilisent les méthodes de conjugaison ou de transformation pour s’échanger certains plasmides contenant des gènes de résistance. Il est aujourd’hui de plus en plus courant de trouver des bactéries résistantes à un, voire à plusieurs antibiotiques et cela pose un problème de santé majeur.
II. Les endosymbioses
1) Définition
La symbiose consiste en une association durable où les bénéfices sont réciproques entre les différents organismes. Il existe de nombreux exemples. Les plus connus sont : le lichen, qui est l’association d’un champignon avec une algue, ou encore les récifs coralliens formés de polypes associés à une algue. Dans les deux cas : l’algue permet la photosynthèse et la production de matière organique, qui sera utilisée par l’hôte (le champignon ou le polype) pour se développer et qui, en retour, apporte de la matière minérale prélevée dans l’environnement.
L’endosymbiose est une symbiose où l’un des partenaires vit à l’intérieur d’un tissu ou d’une cellule de son hôte. Les apports sont sous la forme de nutriments (molécules organiques produites par la photosynthèse, acides aminés…) de la part de l’endosymbiote, et sous la forme d’une protection physique (à la chaleur, la dessiccation…) par l’organisme hôte. Cela peut permettre à cette association de coloniser de nouveaux milieux en ayant moins de contraintes physiques. En revanche, elle doit faire des compromis pour maintenir la survie des deux espèces.
Au fil du temps, le génome de l’endosymbiote finit par régresser au cours des générations et certains de ces gènes sont transférés dans le noyau de l’hôte par transferts horizontaux : cela augmente la complexité du génome de l’hôte et joue un rôle important dans son évolution.
2) Origine des organites
Les cellules eucaryotes possèdent de nombreux organites (éléments à l’intérieur de la cellule) comme des mitochondries ou encore des chloroplastes. L’étude des ces organites a permis de montrer leur ressemblance avec les bactéries : division cellulaire par séparation en 2, taille similaire, présence d’une double membrane (prouvant une endocytose par la cellule hôte), présence d’ADN circulaire. Mais ce sont les analyses d'ADN qui permettent, aujourd’hui, de justifier l’origine endosymbiotique de ces organites : l’ADN des mitochondries et des chloroplastes est bien plus proche de celui des bactéries et cyanobactéries que de celui provenant du noyau des cellules eucaryotes.
Il a plus de 1,5 milliard d’années, les premières cellules eucaryotes auraient absorbé par endocytose des bactéries pratiquant la respiration, leur permettant ainsi de coloniser de nouveaux milieux. Avec le temps, une partie du génome de ces bactéries a régressé au profit de celui de la cellule hôte, formant aujourd’hui les mitochondries. Ce phénomène fut le même avec des cyanobactéries photosynthétiques, qui sont à l’origine des chloroplastes actuels.