Retour à Partie 1 : Génétique et évolution

Chapitre 2 : la complexification des génomes

I. Les transferts horizontaux de gènes enrichissent les génomes

La reproduction sexuée assure le transfert vertical de gènes, c’est-à-dire entre générations. Il existe cependant des transferts de gènes qualifiés d’horizontaux car ils se réalisent entre individus non apparentés, pouvant même appartenir à des espèces différentes. Le caractère universel de l’ADN 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 (TD1 : expériences d’Avery, MacLeod et McCarty). Les transferts horizontaux peuvent se réaliser selon des modalités de transferts variées : transferts d’ADN libre (phénomène de transformation), transferts de plasmide bactérien (petite molécule d’ADN circulaire indépendante du chromosome bactérien) par « ponts cytoplasmiques » : (phénomène de conjugaison) ou transferts d’ADN par l’intermédiaire d’un virus (phénomène de transduction).

Ces transferts de gènes contribuent à l’évolution des êtres vivants. En effet, on estime qu’entre 8 et 10 % du génome humain (soit environ 300 millions de nucléotides) est d’origine virale (cf article « les humains sont apparentés aux virus).

On a ainsi identifié que la syncitine, protéine impliquée dans la mise en place du placenta, était codée par un gène d’origine virale. On a aussi montré que des transferts de gènes récents avaient permis l’acquisition de nouvelles propriétés à des bactéries du microbiote humain (TD2 : acquisition de gènes d’enzymes digestives dans les populations japonaises).

Transfert de gènes – « tu mourras moins bête »

Ces transferts de gènes peuvent concerner également la santé humaine :

– ils sont en effet impliqués dans le développement de la résistance bactérienne aux antibiotiques en raison de la fréquence des échanges de gènes entre populations bactériennes ;

– par ailleurs, l’Homme a su exploiter ces transferts de gènes à travers la transgenèse qui permet aujourd’hui de produire différentes molécules thérapeutiques, comme l’insuline ou des vaccins.

II. Endosymbioses, transferts de gènes et conséquences évolutives

Le génome d’une cellule et donc d’un organisme peut évoluer à la suite d’un phénomène appelé endosymbiose. Il s’agit d’un cas particulier de symbiose – définie comme une relation durable, entre deux partenaires qui profitent tous les deux de cette association pour leur protection, leur nutrition …. Dans le cas d’une endosymbiose (« symbiose à l’intérieur« ), l’un des partenaires vit dans un organe ou une cellule du 2d partenaire.

Les endosymbioses sont des relations qui se maintiennent au cours des générations et qui s’accompagnent d’une évolution du génome des deux partenaires. En effet, des études génétiques montrent que de génération en génération, la cellule intégrée (bactérie, cellule eucaryote) perd une fraction de son information génétique qui s’intègre en partie à celle de l’hôte. Il s’agit donc d’un cas particulier de transfert horizontal de gènes car il est associé à une relation symbiotique. Ces phénomènes sont fréquents et observables actuellement (TD3 : bactéries symbiotiques des pucerons ; Cas particulier de la symbiose Elysia-chloroplastes – voir article « une limace de mer fabrique de la chlorophylle« ).

Les mitochondries et des chloroplastes sont deux organites énergétiques des cellules eucaryotes. L’étude de certaines de leurs caractéristiques (dimensions, enveloppe et surtout génome) a montré que ces organites étaient très proches de certaines bactéries (l’ADN des mitochondries et des chloroplastes est en effet plus apparenté à celui des bactéries qu’à celui de l’ADN nucléaire des eucaryotes). Ces constats ont abouti a la théorie endosymbiotique selon laquelle les chloroplastes et les mitochondries auraient pour origine des bactéries symbiotiques qui auraient intégré des cellules au cours de l’évolution. Les cellules nouvellement équipées seraient devenues les cellules eucaryotes. Ainsi, ce mécanisme a eu un impact évolutif majeur.

Par ailleurs, la présence de gènes dans les chloroplastes et les mitochondries permet la transmission d’information génétique indépendamment du noyau. On parle alors d’hérédité cytoplasmique.

L’importance de ces transferts horizontaux est révélée par les arbres phylogénétiques (qui indiquent les relations de parenté entre espèces). En effet, ces arbres sont aujourd’hui établis essentiellement à partir de la comparaison des séquences d’ADN et de protéines des espèces.