SVT TERMINAL: les transferts horizontaux et la modification du génome

A la formation de la Terre, il n'y avait pas de vie; puis il y a environ 3.5 Ga, la vie apparaît sous forme d'unicellulaires d'abord puis sous forme de pluricellulaires vers; on estime aujourd'hui la présence de plusieurs millions d'espèces vivants sur Terre dont certaines n’ont pas encore été répertoriées. On peut alors supposer qu'il existe des mécanismes de diversification des espèces, différents des mutations. C’est ce à quoi nous allons nous intéresser aujourd'hui.

Comment s’enrichissent les génomes en dehors de la reproduction sexuée ? Nous allons ici nous intéresser aux transferts horizontaux et en particulier de leur implication dans l’évolution des espèces

Mais tout d’abord, qu’est ce que l’évolution ? C’est un mot que nous connaissons tous mais il est toujours bénéfique de rappeler ce que c’est vraiment. Ce sont les mécanismes par lesquels les populations varient, les espèces se transforment, naissent, s’adaptent. Au sein d'une espèce, cela correspond à l 'apparition de caractères héréditaires nouveaux. Cette modification peut se produire de manière imprévisible et pourra être transmise aux descendants.

On sait aussi que les organismes unicellulaires et pluricellulaires sont caractérisés par leur nature évolutive. Les mutations pouvant survenir au cours de la réplication ainsi que le brassage génétique ayant lieu durant la méiose expliquent l’acquisition de nouveaux phénotypes et donc d’une certaine diversité génétique chez les êtres vivants.

: La reproduction sexuée assure le transfert vertical de gènes, c’est-à-dire de générations en générations. Il existe cependant des transferts de matériels génétiques et donc d’ADN qualifiés d’horizontaux car ils se réalisent entre individus non apparentés, qui peuvent même appartenir à des espèces différentes.

Pour rappel, L’ADN est un des éléments fondateurs du vivant, il est le support universel de l’information génétique, et sa structure en double hélice est semblable chez tous les êtres vivants L'ADN ayant un caractère universel, cela permet ces échanges et rend possibles des modifications du phénotype chez les individus receveurs de gènes étrangers.

Ces transferts de gènes ont été mis en évidence entre des populations différentes de bactéries. En effet, les bactéries ont la capacité d'intégrer de l'ADN de leur environnement et de l'exprimer. De plus, celles-ci se multiplient par division cellulaires de manière asexuée : le brassage génétique est alors presque inexistant. D’autres mécanismes interviennent donc : ici, il s’agit de transferts horizontaux qui interviennent pour pallier le manque de diversification. Chez les bactéries, ces transferts sont très fréquents.

Les transferts horizontaux peuvent se réaliser selon des modes de transferts variés. On a mis en évidence 3 grands moyens:

- la transformation : intégration d'ADN libéré dans l'environnement ;

- la transduction : transfert d'ADN par l'intermédiaire d'un virus

- la conjugaison : transfert d'ADN entre deux bactéries par l'intermédiaire d'un pont de conjugaison

Les mécanismes de transferts horizontaux sont des facteurs contribuant à une certaine diversité phénotypique au sein d’une population bactérienne.. Ces transferts peuvent cependant se faire entre des espèces plus complexes et aboutir à la complexification de certains génomes.

En effet, il existe de nombreux indices montrant des transferts génétiques horizontaux dans d'autres groupes d'êtres vivants que les bactéries, notamment les animaux. Les principaux arguments utilisés consistent à comparer les séquences de protéines et à rechercher les séquences apparentées (c'est-à-dire les plus semblables). On peut représenter cet apparentement sous forme d'arbres phylogénétiques et ainsi construire des phylogénies, c'est-à- dire une étude des liens d’apparentement. Le réseau phylogénétique met alors en avant la complexité de l’histoire de l'évolution du vivant.

La comparaison des séquences génétiques entre des espèces très éloignées permet d’estimer le nombre de gènes d’une espèce donnée qui ont fait l’objet de transferts horizontaux. En effet, lorsque deux espèces très éloignées présentent de fortes ressemblances sur certaines séquences de leur ADN, il est peu probable que ces ressemblances soient héritées d’un ancêtre commun par le biais de la reproduction (transfert dit « vertical »), et l’on peut penser qu’un transfert d’information génétique horizontal a eu lieu entre ces espèces.

Au cours de l’évolution, les vertébrés ont été exposés à de nombreuses vagues d’infection par les rétrovirus. Les rétrovirus sont des virus à ARN qui après être rentrés dans une cellule sont capable de retrostrancrire leur information génétique sous forme d’ADN et de l'intégrer au génome de l’individu ou cellule cible Ils ont une capacité remarquable à intégrer leur ADN dans le génome de la cellule cible et certains rétrovirus se sont insérés dans la lignée germinale de leur hôte. Ils ont ensuite été transmis verticalement de génération en génération

On a alors identifié que la syncytine, protéine impliquée dans la mise en place du placenta, était codée par un gène d’origine virale. La syncytine est une protéine qui permet la fusion des cellules de celui-ci qui conduisent à la formation de structures géantes appelées « syncytia » permettant les échanges entre la mère et l’embryon

On voit ici que le gène de la syncytine

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