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Activité C3-1 Les transferts horizontaux

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Mise en situation et objectifs L’informationgénétiquecontenuedansungèneestuniverselle:théoriquement,n’importequellecelluleestcapabled’exploitercetteinformationetdeproduirelaprotéinecorrespondante.Celarendpossibledeséchangesd’informationentreindividusd’espècesdifférentes.De tels échanges font partie des transferts horizontaux: transferts d’information génétiques quis’effectuentparuneautrevoiequecellede la reproduction.Onchercheàdémontrer l’existencedecestransferts horizontaux, à montrer leur importance dans l’évolution en général et pour l’Homme enparticulier.

Sujet 1 – La découverte des transferts horizontaux En1928,FrederickGriffithmetenévidenceuntransfertdegènesentredeuxbactériespneumocoques,virulents (S) et non-virulents (R). En effet, on voit que lorsqu’on injecte à une souris despneumocoques S tués associés à des pneumocoques R vivants, la souris meurt infectée par despneumocoquesSalorsquelespneumocoquesStuésseulsn’ontaucuneffet.OnpeutdoncpenserquelespneumocoquesRontacquisunnouveaucaractèregénétiqueàpartirdespneumocoquesStués:ilyaeuuntransferthorizontald’informationgénétiqueentrecesdeuxsouches.

ExpériencedeGriffithLesexpériencesd’AveryetmacLéod(1944)permettentdepréciserlanaturedutransfert.Eneffet,onvoit que le transfert observé par Griffith a lieu quand même si les protéines ou l’ARN despneumocoquesSsontdétruits,maisiln’apaslieusic’estleurADNquiestdétruit.Onendéduitqueletransfertd’informationgénétiquesefaitbiensousformed’ADNdepneumocoqueS,transféréàdespneumocoquesR.Les mécanismes de ces transferts sontaujourd’huiconnus: l’ADNpeutprovenird’une bactérie morte (dont la paroi estouverte) et être intégré par la bactériereceveuse: c’est la transformationbactérienne. Mais il peut s’effectuer parl’intermédiaire d’un virus bactérien ouphage: c’est le transfert viral, ou encorevia un lien physique entre les deuxbactéries: c’est la conjugaisonbactérienne.

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Sujet 2 – L’importance des transferts horizontaux La comparaison des séquences génétiques entre des espèces très éloignées permet d’estimer lenombredegènesd’uneespècedonnéequiontfaitl’objetdetransfertshorizontaux.Eneffet,lorsquedeuxespècestrèséloignéesprésententdefortesressemblancessurcertainesséquencesdeleurADN,il est peuprobable que ces ressemblances soient héritéesd’un ancêtre communpar le biais de lareproduction(transfertdit«vertical»),etl’onpeutpenserqu’untransfertd’informationgénétiquehorizontalaeulieuentrecesespèces.Ainsi,danslegénomehumain,prèsde200gènessur21000(soit1%)seraient issusdetransfertshorizontaux,dont80àpartirdeprotistes(eucaryotesunicellulaires),20àpartirdeplantes,10àpartirdechampignons,30àpartirdebactérieset60àpartirdevirus.D’autresanimauxpluricellulairescomme la drosophile, ou le nématode, possèdent également de nombreux gènes issus desmêmesgroupes.Ces transferts horizontaux ne se produisent pas tous en même temps, mais jalonnent l’histoireévolutivedechaquebranchedel’arbrephylogénétique.Ainsi,lesmoussesetlesplantesterrestresonthéritéde leurs ancêtresde certains transferts horizontaux très anciens àpartir desbactéries, deschampignonsetdesarchées(ungroupedeProcaryotesbiendistinctdesbactéries),puis,dansleursgroupes respectifs, ont continué à recevoir des gènes: à partir des bactéries et des archées deschampignonspourlesmousses,àpartirdesbactéries,desarchées,desalguesetlesmoussespourlesplantes terrestres. On constate donc que les branches (les lignées) de l’arbre phylogénétiquen’évoluentpas séparément,mais évoluent enéchangeant constammentdumatériel génétiqueà lamanièred’un réseau.Toutefois, les échangesdûs aux transfertshorizontaux sontbeaucoupmoinsfréquentsquelestransfertsverticauxliésàlarepoduction.Leséchangesgénétiquespeuventaussireprésenterundangerpourlasantéhumaine.Actuellement,l’utilisationtropsystématiqued’antibiotiquesdanslesélevagesetenmédecineopèreunesélectionnaturelle des micro-organismes qui possèdent des gènes de résistance à ces antibiotiques. Cesmicroorganismesdeviennenttrèsabondantsdansl’environnementetcelaaugmentelaprobabilitédestransferts horizontaux de gènes de résistance. Certains microorganismes peuvent ainsi cumulerplusieursgènesderésistanceetdevenirpolyrésistants.

Sujet 3 – L’origine du placenta des mammifères Laformationduplacentadesmammifèrescommenceaudébutdelavieembryonnaireparlafusionde plusieurs cellules embryonnaires pour former une sorte de cellule géante à plusieurs noyauxappelée syncytium. La fusiondesmembranesnécessite l’interventiond’uneprotéine, la syncytine.Cettesyncytinejoueunrôlesimilaireàlaprotéined’enveloppeENVdenombreuxvirus,notammentlevirusMPMV(Mason-PfizerMonkeyVirus)quiinfectelessinges.Onvoitquelaséquencedugènehumaincodantlasyncytine1estsimilaireàplusde80%àcelledugèneviralcodantlaprotéineENV.Oronsaitquel’HommeetlevirusMPMVsontdeuxespècestrèséloignées, on peut donc penser que cette ressemblance entre les séquences ne résulte pas d’untransfertverticalàpartird’unancêtrecommun,maisd’untransferthorizontal.Onvoitquelasyncytine1estpartagéeparl’Hommeetplusieursautresgrandssinges,maisn’estpasprésente chez les autres mammifères. L’hypothèse la plus simple est de supposer que l’ancêtrecommunàcesgrandssingesauraitreçulegènedelasyncytine1paruntransferthorizontalàpartirdu virusMPMV qui l’aurait infecté. Ce transfert aurait donc occasionné desmodifications dans laformationduplacentadecesespèces.

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Lemêmetypederaisonnementconduitàpenserquel’évolutionduplacentadansplusieursbranchesdugroupedesvertébrésrésulteraitdetransfertshorizontauxdepuisdiversvirus.Cestransfertssontprobablementaléatoires,maislorsqu’ungènetransféréprocureunavantagesélectifdansunelignée,ilestbienconservéettransmisdanscettelignée.

Arbrephylogénétiquepartieldesvertébrés.Lestransfertshorizontauxsupposésdegènesdesyncytinessontindiquésparlesymbole