Chapitre 2 la complexification des génomes : transferts horizontaux

216775 Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 1

CHAPITRE 2 LA COMPLEXIFICATION DES GÉNOMES :

TRANSFERTS HORIZONTAUX ET ENDOSYMBIOSES

Introduction : les brassages, les accidents génétiques et les mutations favorisent la diversification

génétique lors de la reproduction sexuée.

Pour autant, il existe d'autres mécanismes qui ne font pas appel à la reproduction sexuée et qui

enrichissent les génomes. Comment des mécanisme s non liés à la reproduction sexuée peuvent-ils enric hir les génomes de tous les êtres vivants.

Définition : Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée, constituent

des transferts horizontaux.

Rappel : l'ADN support universel de l'information génétique peut être transféré dans le monde

vivant. Des transferts ont lieu dans le cas de l'émergence de résistances chez les bactéries

pathogènes présentes en milieu hospitalier et responsables de maladies nosocomiales. Les transferts horizontaux et leurs conséquences sur l'évolution des populations

Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée, constituent des transferts

horizontaux. TP1A6 : les transferts horizontaux de gènes, des moteurs de la diversification

A. Des mécanismes présents naturellement

L'ADN est un des éléments fondateurs du vivant, il est le support universel de l'information

génétique, et sa structure en doubl e hélice e st semb lable chez tous les êtres viv ants.

L'universalité de l'ADN et l'unicité de sa structure dans le monde vivant autorisent des échanges

génétiques entre organismes non nécessairement apparentés.

1. Chez les procaryotes

Les bactéries peuvent recevoir de l'ADN par conjugaison bactérienne, mais peuvent aussi être la

cible de parasite comme les virus, qui sont des vecteurs d'échanges d'ADN.

Les processus sont donc variés et d'autres mécanismes que les vecteurs viraux ou la conjugaison

bactérienne peuvent être utilisés.

2. Chez les eucaryotes

Exercice : l'importance évolutive des transferts de gènes.

Les transferts horizontaux sont très fréquents et ont des effets très importants sur l'évolution des

populations et des écosystèmes. Ces transferts peuvent se produire par exemple dans des élevages et en milieu hospitalier, où des résistances aux antibiotiques peuvent être propagées. B. Application en biotechnologie : la transgénèse Comprendre comment la connaissance des mécanismes des transferts horizontaux permet des

applications biotechnologiques (notamment la production de molécules d'intérêt dans les lignées

bactériennes).

L'ADN contenu dans un vecteur peut être transféré dans un organisme receveur, qui pourra exprimer

l'information pour former un nouveau caractère recherché. C'est le principe fondateur de la fabrication des

organismes génétiquement modifiés. Elle se base sur l'universalité de l'ADN. Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 2 Exemple de la product ion d'ins uline hu maine par des bactéries article du journal Le

Monde, 11 septembre 1980, Jean-Yves Nau.

Une insuline produite à partir de bactéries modifiées est expérimentée avec succès chez l'homme

La premiè re utilisation chez l'homme d'un produit issu des techniques de recombinaison s

génétiques vient d'être réalisée au Guy's Hospital de Londres. L'expérimentation, relatée dans

un article de la revue médicale internationale " The Lancet " , a été menée chez des volontaires

acceptant de recevoir des injections sous-cutanées et intraveineuses d'insuline produite par une

bactérie " Escherischia coli" au patrimoine génétique modifié. Selon les premiers résultats, il

semble que la substance ainsi obtenue ait des caractères d'efficacité et d'innocuité suffisants

pour que l'on p uisse envisager son utilisation chez des malades d iabétiques. L'expérience conduite dans l'unité de médecine métabolique du Guy's Hospital de Londres ne permet pas d'envisager une application immédiate, en médecine ambulatoire, de l'insuline obtenue par les techniques de manipulations génétiques. Elle permet cependant de démontrer que, selon toute

vraisemblance, une telle insuline est équivalente, par ses propriétés physiologiques, à l'hormone

hypoglycémiante produite de manière naturelle par le pancréas humain. Document principe de la transgénèse permettant la production d'insuline

Le livre scolaire, SVT cinquième p111

Mettre en oeuvre une mé thode pe rmettant de comp rendre les ar guments qui ont conduit à considérer que les orga nites énergétiques sont issus d e symbioses dans la lignée des eucaryotes. Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 3 II. L'évolution des eucaryotes, marquée par des transferts d'organites Exercice : une diversification par association : l'endosymbiose Les cellules eucaryotes sont marquées par un important système membranaire interne, dont les mitochondries, organites énergétiques et les chloroplastes, organites photosynthétiques.

Une endosymbiose est une internalisation d'une cellule à l'intérieur d'une autre de manière stable.

Cette particularité est prése nte dans de nombreux org anismes comme les coraux, ou cette caractéristique est acquise. Les endosymbioses jouent un rôle important dans l'évolution des organismes eucaryotes. Elles sont transmises entre générations, et sont fréquentes dans l'histoire des eucaryotes. Le génome de la cellule intégr ée (bacté rie ou e ucaryote) régresse au cou rs des

générations, certains de ses gènes étant transférés dans le noyau de l'hôte. Ce processus est à

l'origine des mitochondries et des chloroplastes, organites contenant de l'ADN.

Dans l'espèce h umaine, l'ADN mitocho ndrial est transmis de la mè re à l'enfant (hér édité

cytoplasmique), il permet d'établir des parentés sur un principe équivalent au chromosome Y transmis de père en fils (hérédité nucléaire).

Conclusion

Comment des mécanisme s non liés à la reproduction sexuée peuvent-ils enric hir les génomes de tous les êtres vivants. Dans le cas de la reprod uction sexuée, le s transfert s de gènes s'effectuent de la génération parentale aux descendants, elle est dite verticale. Les transfe rts horizontaux et les endosymb ioses sont des transferts d'ADN altern atifs, qui n'utilisent pas la reproduction sexuée, mais des vecteurs ou des mécanismes d'échan ges particuliers. Les conséquences de ces échanges sont importantes puisqu'ils permettent des flux de

gènes entre des organismes qui ne peuvent l'échanger par reproduction sexuée. Elle permet un

brassage au cours de l'évolution entre des organismes très éloignés.

L'intégration de cellule et leur transmission au cours des générations ont permis la diversification

et l'évolution des cellules eucaryotes. Nous avons donc compris comment les organismes pouvaient accroître leur diversité par transfert vertical (brassage de combinaisons) et transferts horizontaux.

Comment cette diversité façonnée à l'échelle des individus peut-elle influencer l'évolution

de la population ? Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 4 Notions fondamentales : transferts génétiques horizontaux versus verticaux, endosymbiose, hérédité cytoplasmique, phylogénies.

Bilan : Manuel Nathan p70

Les transferts horizontaux chez les procaryotes

Manuel Nathan p71

Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 1

CHAPITRE 2 LA COMPLEXIFICATION DES GÉNOMES :

TRANSFERTS HORIZONTAUX ET ENDOSYMBIOSES

Introduction : les brassages, les accidents génétiques et les mutations favorisent la diversification

génétique lors de la reproduction sexuée.

Pour autant, il existe d'autres mécanismes qui ne font pas appel à la reproduction sexuée et qui

enrichissent les génomes. Comment des mécanisme s non liés à la reproduction sexuée peuvent-ils enric hir les génomes de tous les êtres vivants.

Définition : Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée, constituent

des transferts horizontaux.

Rappel : l'ADN support universel de l'information génétique peut être transféré dans le monde

vivant. Des transferts ont lieu dans le cas de l'émergence de résistances chez les bactéries

pathogènes présentes en milieu hospitalier et responsables de maladies nosocomiales. Les transferts horizontaux et leurs conséquences sur l'évolution des populations

Des échanges de matériel génétique, hors de la reproduction sexuée, constituent des transferts

horizontaux. TP1A6 : les transferts horizontaux de gènes, des moteurs de la diversification

A. Des mécanismes présents naturellement

L'ADN est un des éléments fondateurs du vivant, il est le support universel de l'information

génétique, et sa structure en doubl e hélice e st semb lable chez tous les êtres viv ants.

L'universalité de l'ADN et l'unicité de sa structure dans le monde vivant autorisent des échanges

génétiques entre organismes non nécessairement apparentés.

1. Chez les procaryotes

Les bactéries peuvent recevoir de l'ADN par conjugaison bactérienne, mais peuvent aussi être la

cible de parasite comme les virus, qui sont des vecteurs d'échanges d'ADN.

Les processus sont donc variés et d'autres mécanismes que les vecteurs viraux ou la conjugaison

bactérienne peuvent être utilisés.

2. Chez les eucaryotes

Exercice : l'importance évolutive des transferts de gènes.

Les transferts horizontaux sont très fréquents et ont des effets très importants sur l'évolution des

populations et des écosystèmes. Ces transferts peuvent se produire par exemple dans des élevages et en milieu hospitalier, où des résistances aux antibiotiques peuvent être propagées. B. Application en biotechnologie : la transgénèse Comprendre comment la connaissance des mécanismes des transferts horizontaux permet des

applications biotechnologiques (notamment la production de molécules d'intérêt dans les lignées

bactériennes).

L'ADN contenu dans un vecteur peut être transféré dans un organisme receveur, qui pourra exprimer

l'information pour former un nouveau caractère recherché. C'est le principe fondateur de la fabrication des

organismes génétiquement modifiés. Elle se base sur l'universalité de l'ADN. Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 2 Exemple de la product ion d'ins uline hu maine par des bactéries article du journal Le

Monde, 11 septembre 1980, Jean-Yves Nau.

Une insuline produite à partir de bactéries modifiées est expérimentée avec succès chez l'homme

La premiè re utilisation chez l'homme d'un produit issu des techniques de recombinaison s

génétiques vient d'être réalisée au Guy's Hospital de Londres. L'expérimentation, relatée dans

un article de la revue médicale internationale " The Lancet " , a été menée chez des volontaires

acceptant de recevoir des injections sous-cutanées et intraveineuses d'insuline produite par une

bactérie " Escherischia coli" au patrimoine génétique modifié. Selon les premiers résultats, il

semble que la substance ainsi obtenue ait des caractères d'efficacité et d'innocuité suffisants

pour que l'on p uisse envisager son utilisation chez des malades d iabétiques. L'expérience conduite dans l'unité de médecine métabolique du Guy's Hospital de Londres ne permet pas d'envisager une application immédiate, en médecine ambulatoire, de l'insuline obtenue par les techniques de manipulations génétiques. Elle permet cependant de démontrer que, selon toute

vraisemblance, une telle insuline est équivalente, par ses propriétés physiologiques, à l'hormone

hypoglycémiante produite de manière naturelle par le pancréas humain. Document principe de la transgénèse permettant la production d'insuline

Le livre scolaire, SVT cinquième p111

Mettre en oeuvre une mé thode pe rmettant de comp rendre les ar guments qui ont conduit à considérer que les orga nites énergétiques sont issus d e symbioses dans la lignée des eucaryotes. Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 3 II. L'évolution des eucaryotes, marquée par des transferts d'organites Exercice : une diversification par association : l'endosymbiose Les cellules eucaryotes sont marquées par un important système membranaire interne, dont les mitochondries, organites énergétiques et les chloroplastes, organites photosynthétiques.

Une endosymbiose est une internalisation d'une cellule à l'intérieur d'une autre de manière stable.

Cette particularité est prése nte dans de nombreux org anismes comme les coraux, ou cette caractéristique est acquise. Les endosymbioses jouent un rôle important dans l'évolution des organismes eucaryotes. Elles sont transmises entre générations, et sont fréquentes dans l'histoire des eucaryotes. Le génome de la cellule intégr ée (bacté rie ou e ucaryote) régresse au cou rs des

générations, certains de ses gènes étant transférés dans le noyau de l'hôte. Ce processus est à

l'origine des mitochondries et des chloroplastes, organites contenant de l'ADN.

Dans l'espèce h umaine, l'ADN mitocho ndrial est transmis de la mè re à l'enfant (hér édité

cytoplasmique), il permet d'établir des parentés sur un principe équivalent au chromosome Y transmis de père en fils (hérédité nucléaire).

Conclusion

Comment des mécanisme s non liés à la reproduction sexuée peuvent-ils enric hir les génomes de tous les êtres vivants. Dans le cas de la reprod uction sexuée, le s transfert s de gènes s'effectuent de la génération parentale aux descendants, elle est dite verticale. Les transfe rts horizontaux et les endosymb ioses sont des transferts d'ADN altern atifs, qui n'utilisent pas la reproduction sexuée, mais des vecteurs ou des mécanismes d'échan ges particuliers. Les conséquences de ces échanges sont importantes puisqu'ils permettent des flux de

gènes entre des organismes qui ne peuvent l'échanger par reproduction sexuée. Elle permet un

brassage au cours de l'évolution entre des organismes très éloignés.

L'intégration de cellule et leur transmission au cours des générations ont permis la diversification

et l'évolution des cellules eucaryotes. Nous avons donc compris comment les organismes pouvaient accroître leur diversité par transfert vertical (brassage de combinaisons) et transferts horizontaux.

Comment cette diversité façonnée à l'échelle des individus peut-elle influencer l'évolution

de la population ? Spécialité Terminale Sciences de la vie et de la Terre 2020-2021 THÈME 1- A : Génétique et évolution 4 Notions fondamentales : transferts génétiques horizontaux versus verticaux, endosymbiose, hérédité cytoplasmique, phylogénies.

Bilan : Manuel Nathan p70

Les transferts horizontaux chez les procaryotes

Manuel Nathan p71