Exercice 1 - Diversification des génomes au cours… · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole Candidat libre 2021 (sujet 1)

Expliquer les mécanismes qui permettent d'enrichir le génome des eucaryotes.

Réponse : ### Proposition de synthèse structurée #### Introduction Le génome est l'ensemble de l'information génétique d'un individu. Chez les eucaryotes, l'évolution ne se limite pas à la création de nouveaux allèles par mutation. Elle implique aussi une augmentation de la quantité d'information génétique : c'est l'enrichissement du génome. Par quels mécanismes le génome des eucaryotes peut-il s'enrichir au cours de l'évolution ? Nous verrons d'abord l'enrichissement à l'échelle des gènes (duplications, transferts horizontaux), puis à l'échelle du génome entier (polyploïdisation, hybridation, endosymbiose). #### I. L'enrichissement à l'échelle des gènes 1. Duplications géniques et familles multigéniques - Mécanisme : un crossing-over inégal en prophase I de méiose, entre chromatides homologues mal appariées, donne une chromatide portant deux copies d'un gène (duplication) ; l'autre chromatide perd ce gène. - Devenir des copies : au fil des générations, chaque copie accumule indépendamment des mutations (divergence). Certaines copies sont transposées sur d'autres chromosomes. On obtient une famille multigénique : des gènes de séquences proches (plus de 20 % d'identité, ce qui exclut le hasard) codant des protéines aux fonctions apparentées ou nouvelles. - Exemples : - La famille des globines humaines : myoglobine, chaînes α, β, γ, ε, réparties sur les chromosomes 11, 16 et 22. Leur comparaison (matrice des identités) permet de dater les duplications. - Les opsines : la duplication du gène de l'opsine L/M a permis la vision trichromatique des primates de l'Ancien Monde. 2. Transferts horizontaux de gènes - Mécanisme : de l'ADN passe d'une espèce à une autre sans reproduction. Ce transfert se fait souvent par l'intermédiaire de virus, notamment les rétrovirus qui intègrent leur ADN au génome de l'hôte. - Exemple : les gènes des syncytines des mammifères sont d'origine rétrovirale. Ils codent des protéines de fusion cellulaire indispensables à la formation du syncytiotrophoblaste placentaire. Des souris privées de ces gènes présentent un placenta anormal. - Argument : environ 8 % du génome humain est d'origine rétrovirale. #### II. L'enrichissement à l'échelle du génome entier 1. Polyploïdisation et hybridation - Mécanisme : une méiose anormale (absence de disjonction de l'ensemble des chromosomes) produit des gamètes diploïdes. Un croisement interspécifique peut aussi être suivi d'un doublement chromosomique (allopolyploïdie), ce qui rend l'hybride fertile. On obtient des individus à 3n, 4n, 6n… - Conséquences : le génome est dupliqué d'un coup. Les copies surnuméraires peuvent ensuite diverger (néo- ou sous-fonctionnalisation). - Exemple : le blé tendre (6n = 42) est issu de deux hybridations successives entre trois espèces diploïdes (génomes A, B, D), chacune suivie d'une polyploïdisation. L'observation des caryotypes en apporte la preuve. 2. Endosymbiose - Mécanisme : l'intégration d'une bactérie dans une cellule hôte est à l'origine des mitochondries (α-protéobactérie) et des chloroplastes (cyanobactérie). Elle s'est accompagnée d'un transfert massif de gènes de l'endosymbiote vers le noyau. - Arguments : - Mitochondries et chloroplastes possèdent une double membrane, un ADN circulaire et des ribosomes de type bactérien. - De nombreux gènes nucléaires sont apparentés à des gènes bactériens. #### Conclusion L'enrichissement du génome des eucaryotes repose sur plusieurs mécanismes : - les duplications géniques suivies de divergence, qui forment des familles multigéniques ; - les transferts horizontaux, notamment viraux ; - les polyploïdisations et hybridations ; - l'intégration de génomes par endosymbiose. Ces processus apportent un matériel génétique nouveau que la sélection naturelle ou la dérive peuvent conserver. Ils contribuent ainsi, avec les mutations et le brassage génétique, à la diversification du vivant.