Exercice 1 - Choix 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2021 (jour 1)

Présenter les mécanismes de complexification du génome non liés à la méiose et à la reproduction sexuée.

Réponse : Un devoir complet et structuré doit aborder les éléments suivants : Introduction : - La complexification du génome correspond à l'augmentation de la quantité d'ADN et/ou du nombre de gènes, et à l'apparition de nouvelles fonctions. - Méiose et fécondation brassent des allèles existants mais ne créent pas de nouveaux gènes. - Problématique : quels mécanismes, indépendants de la méiose et de la fécondation, enrichissent l'information génétique ? I. Les transferts horizontaux de gènes : - Définition : passage de matériel génétique entre individus, souvent d'espèces différentes, sans reproduction sexuée (contrairement au transfert vertical parent-descendant). - Mécanismes chez les bactéries : - transformation : expérience de Griffith, où des pneumocoques R deviennent S au contact de bactéries S tuées ; - conjugaison, par l'intermédiaire de plasmides ; - transduction virale. - Conséquence chez les bactéries : diffusion rapide de gènes de résistance aux antibiotiques. - Chez les eucaryotes : - intégration de séquences virales (rétrovirus endogènes, environ 8 % du génome humain) ; exemple : les gènes de la syncytine, d'origine rétrovirale, permettent la formation du syncytiotrophoblaste du placenta des mammifères ; - Agrobacterium tumefaciens transfère son ADN-T dans le génome des cellules végétales ; - la patate douce cultivée contient naturellement des gènes d'Agrobacterium. - Ces transferts ont été mis en évidence par des comparaisons de séquences et des arbres phylogénétiques incohérents avec la parenté des espèces. II. Les endosymbioses : - Les mitochondries dérivent d'une alpha-protéobactérie, et les chloroplastes d'une cyanobactérie, phagocytées sans être digérées. - Arguments : - double membrane ; - ADN circulaire propre ; - ribosomes de type bactérien ; - division par scission ; - parenté des séquences avec celles des bactéries actuelles. - Exemples actuels : endosymbioses observables (Paramecium bursaria et ses chlorelles ; Elysia chlorotica, limace de mer qui conserve des chloroplastes d'algue). - Au cours de l'évolution, de nombreux gènes de l'endosymbiote ont été transférés vers le noyau de l'hôte. Le génome de l'organite s'est réduit et le génome nucléaire s'est enrichi, avec acquisition de nouvelles fonctions (respiration aérobie, photosynthèse). III. Duplications et éléments transposables indépendants de la méiose : - Des erreurs de réplication de l'ADN et l'activité des transposons peuvent dupliquer des gènes au cours des divisions cellulaires. C'est le cas notamment des rétrotransposons, qui s'insèrent après rétrotranscription. - Les copies divergent ensuite par mutations : nouvelle fonction ou pseudogène. - Ces duplications sont transmises si elles touchent la lignée germinale. Conclusion : - Le génome est une mosaïque enrichie par des apports extérieurs (transferts horizontaux, endosymbioses) et par des remaniements internes, en plus des mutations. - Ces mécanismes expliquent la complexité des génomes et l'innovation évolutive. - Un schéma bilan peut accompagner la conclusion.