Chapitre 2 : la diversification du vivant sans reproduction sexuée

« THEME 1 Chapitre 2 : la diversification du vivant sans reproduction sexuée L’association des mutations qui créent de nouveaux allèles et du brassage génétique au cours de la méiose et de la fécondation ne suffit pas à expliquer la totalité de la diversification génétique des êtres vivants.

Il existe d’autres mécanismes permettent de créer de nouveaux génomes et de permettre la diversification génétique. Quels autres mécanismes non liés à la reproduction sexuée contribuent à cette diversification et comment y participent-ils ? I- Mécanismes de diversification avec une modification du génome I.1.

/ Les transferts horizontaux de gènes (voir TD1 la découverte de la transformation bactérienne) La reproduction sexuée assure le transfert vertical de gènes, c’est-à-dire entre générations.

Il existe cependant des transferts de gènes qualifiés d’horizontaux car ils se réalisent entre individus non apparentés, pouvant même appartenir à des espèces différentes.

Le caractère universel de l’ADN permet ces échanges et rend possibles des modifications du phénotype chez les individus receveurs de gènes étrangers. Les études d’arbres de Parenté contradictoires et les études génétiques sont des arguments forts en faveur de l’existence de ces transferts horizontaux. Ces transferts de gènes ont été mis en évidence entre des populations différentes de Bactéries. A/ les transferts horizontaux chez les bactéries une source de diversification L’étude des expériences historiques de Griffith et Avery mettent en évidence que la transformation des bactéries de souche « R » en «S » se fait par intégration à leur génome d’un fragment d’ADN provenant de bactéries « S ». Ecole internationale Al Souleimaniya Terminale spécialité SVT/ Professeur : Marwa Rihane Les transferts horizontaux s’effectuent chez les bactéries selon divers processus : - Quand les bactéries sont détruites, elles libèrent des quantités considérables d’ADN dans leur environnement.

Dans certaines conditions, ces fragments d’ADN libres sont intégrés par des bactéries.

Ce processus, appelé transformation. - Les bactéries possèdent de petites molécules d’ADN généralement circulaires, appelées plasmides.

Ces plasmides sont très facilement transférés entre des bactéries de la même espèce ou d’espèces différentes, grâce à l’établissement de « ponts cytoplasmiques » (pilus sexuel) : Ce phénomène est appelé conjugaison. Ces plasmides peuvent aussi être transférés à des cellules eucaryotes. On cite aussi des transferts d’ADN par l’intermédiaire d’un virus (Les bactériophages) : Ce phénomène est appelé transduction. Remarque : La transduction bactérienne n’est pas traitée dans le programme. B/ Les transferts horizontaux de gènes chez les eucaryotes Le séquençage des génomes et la comparaison des séquences de gènes avec l’ADN viral montrent que l’ADN humain comporte près de 8 à 10% d’ADN d’origine viral, jusqu’à 50% chez le maïs.

Là encore, des transferts horizontaux chez les eucaryotes sont permis du fait de l’universalité de l’ADN et l’unicité de sa structure dans le monde vivant entre organismes non nécessairement apparentés. En effet le virus ne peut se reproduire qu’en infectant une cellule hôte.

Une fois dans la cellule hôte, il intègre son information génétique dans le génome nucléaire de la cellule.

Un rétrovirus doit d’abord effectuer une transcription reverse pour produire de l’ADN à partir de son brin d’ARN. Cette capacité des virus a intégré leur ADN dans le génome d’une cellule hôte constitue une modalité de modification des génomes pour l’individu hôte.

On parle de transfert viral. Par exemple, chez les grands primates, c’est un gène issu d’un transfert horizontal avec un virus (gène codant la syncitine) qui permet la formation du placenta. Ecole internationale Al Souleimaniya Terminale spécialité SVT/ Professeur : Marwa Rihane • La Comparaison d'une partie de la séquence de la protéine syncitine humaine et protéine d'enveloppe d'un virus MPMV infectant les Primates montre une identité en acides aminés supérieure à 80 % entre les 2 protéines.

On sait que deux protéines ayant une forte similitude de séquence dérive d'un gène ancestral commun.

On sait que des transferts de gènes sont possibles entre deux espèces différentes (transfert horizontal) Le gène de la syncitine humaine et le gène viral ont une origine commune.

On peut supposer que le gène de la syncityne humaine dériverait d'un gène viral s'étant inséré dans le génome des Primates par transfert horizontal. • Les bactéries peuvent également transmettre des gènes à des organismes pluricellulaires (eucaryotes) c’est le cas des bactéries Methylobacterium qui vivent à l’intérieur des tissus des plantes dévorées par les larves de Papillons.

Un transfert horizontal du gène CAS est effectué entre les Bactéries et les larves de Papillons via leur tube digestif.

En effet ce gène code pour la synthèse de l’enzyme CAS nécessaire à la dégradation de cyanure, un poison secrété par les plantes pour se protéger des ravageurs dont les papillons. La diversification du vivant est donc possible sans mutation et hors reproduction sexuée par transfert horizontal de matériel génétique. C/ Les transferts horizontaux et la santé humaine Ces transferts de gènes peuvent concerner également la santé humaine : – ils sont en effet impliqués dans le développement de la résistance bactérienne aux Antibiotiques en raison de la fréquence des échanges de gènes entre populations bactériennes ; – par ailleurs, l’Homme a su exploiter ces transferts de gènes à travers la transgénèse qui permet aujourd’hui de produire différentes molécules thérapeutiques, comme l’insuline ou des hormones de croissance …. Ecole internationale Al Souleimaniya Terminale spécialité SVT/ Professeur : Marwa Rihane (A décrire l’expérience) I.2.

Les endosymbioses, une diversification par fusion entre organismes (VOIR TD2) Certains organismes incorporent au sein de leurs cellules des organismes unicellulaires microscopiques.

Une telle association, si elle est bénéfique pour les deux partenaires, constitue une endosymbiose.

L’organisme à l’intérieur de la cellule hôte est appelé endosymbiote. Souvent, le génome de la cellule intégrée régresse, mais certains de ses gènes sont transférés au génome de la cellule hôte. De telles endosymbioses sont fréquentes dans le monde vivant.

En dotant les organismes qui en bénéficient de nouvelles propriétés, elles permettent une meilleure adaptation à l’environnement et joue un rôle important dans leur évolution. Ce processus était à l’origine des mitochondries et des chloroplastes de la cellule eucaryote.

Pour preuve ces organites ont des dimensions proches de celles des bactéries (quelques micromètres) (1).

Ils sont dotés d’une double membrane.

Une membrane externe analogue à la membrane plasmique et une membrane interne présentant des analogies avec la membrane bactérienne (22). Le système de la membrane interne des cyanobactéries renferme, tout comme les thylakoïdes des chloroplastes, des pigments chlorophylliens assurant la capture d’énergie lumineuse et la réalisation de la photosynthèse (3).

Ils se divisent par étranglement médian après avoir dupliqué leur ADN, comme le font les bactéries (5).

La présence des ribosomes présentant de fortes similitudes avec des ribosomes bactériens (6).

La comparaison des génomes a confirmé cette origine endosymbiotique : Comme les bactéries, ces organites possèdent de petites molécules d’ADN non associé à des histones (7). Ecole internationale Al Souleimaniya Terminale spécialité SVT/ Professeur : Marwa Rihane Ces arguments permettent d’appuyer l’hypothèse d’une origine bactérienne des mitochondries et des chloroplastes.

Il y a environ 1,5 à 2 milliards d’années, des cellules eucaryotes primitives ont donc absorbé par endocytose des bactéries aérobies pratiquant la respiration, qui sont devenues des mitochondries.

Ce phénomène s’est également produit à plusieurs reprises avec l’absorption de cyanobactéries photosynthétiques, à l’origine des chloroplastes. Du fait de la présence d’ADN dans ces organites du cytoplasme eucaryote, certains caractères peuvent être transmis par cet ADN : on parle d’hérédité cytoplasmique. =>L’endosymbiose a été à l’origine d’une très forte diversification du vivant. Un schéma bilan II.

Mécanismes de diversification du vivant non génétique.... »