LA CREATION DU PLACENTA CHEZ LES MAMMIFERES: le transfert horizontal de gène

Lors de l'implantation de l'embryon dans la paroi de l'utérus, certaines cellules de l'embryon fusionnent entre elles, formant ainsi des cellules "géantes" à plusieurs noyaux qui constitueront le placenta. Cette structure est indispensable

permettant les échanges de nutriments et d'oxygène entre la mère et l'enfant.Les chercheurs ont identifié une protéine, la Syncytine que possèdent tous les mammifères .

Ne possède pas de mitochondrie, de reticulum

endoplasmique, de ribosomes

INCAPABLE DE SE REPRODUIRE

Rétrovirus ou virus à ARN

Génome viral= ARN

Les étapes du cycle viral peuvent être résumées ainsi :1)-fixation du virus à une cellule de l’hôte grâce aux protéines d’enveloppe (protéines env) qui se lient à des récepteurs membranaires cellulaires ; cela entraîne la fusion de l’enveloppe virale avec la membrane cellulaire et l’entrée de la capside virale dans la cellule

2)-décapsidation et libération du génome viral dans la cellule ;

3)- rétro-transcription de l’ARN viral en ADN grâce à l’enzyme transcriptase inverse, transfert de l’ADN viral dans le noyau et incorporation dans l’ADN de la cellule hôte ;

4)- expression de l’ADN viral, ce qui conduit finalement à la production de nouvelles particules virales qui bourgeonnent à la surface de la cellule parasitée et sont libérées. L’enveloppe virale est donc d’origine cellulaire. Les particules virales produites peuvent infecter d’autres cellules.

Reconnaissance spécifique :Le virus se fixe sur une cellule cible possédant des récepteurs spécifiques

Reconstitution des virusLes protéines virales et l'ARN viral sont associés pour reformer des virus. Les protéines virales membranaires sont intégrées à la membrane du lymphocyte. Bourgeonnement et libérationLe virus bourgeonne, emportant un fragment de la membrane plasmique

Pénétration et décapsidation:

Rétrotranscription et intégrationGrâce à la rétrotranscriptase virale, l'ARN viral est rétrotranscrit en ADN double brin. Cet ADN pénètre dans le noyau, où il s'intègre au génome de la cellule hôte.

Synthèse des protéines virales et de l'ARN viralL'ADN proviral est transcrit en ARN viral par l'ARN polymérase de la celluleFabrication des protéines virales en utilisant les organistes, les ribosomes, les mitochondries et les enzymes de la cellule hôte.

Embryons -/- Défaut de formation du placenta. Meurent à mi-gestation.

Expérience 2 : Transfert des gènes rétroviraux herv dans les cellules cultivées in vivo

Ces cellules ont fusionné entre elles formant une cellule géante à plusieurs noyaux (syncitium).

Expérience 3 : Mutation du gène herv

multiplication sans problème chez les souris nude ( système immunitaire détruit par irradiation) mais pas de multiplication chez les souris normales.

Expérience 1 : Inactivation chez la souris du gène codant une syncytine.

E. coli O104:H4: Transfert de gènes et état de guerre... bactériologique

14 juin 2011 - Le bilan de l'épidémie d'Escherichia coli O104:H4 35 morts une centaine de cas graves avec détérioration des fonctions rénales3 255 cas de malades confirmés ou suspectés, dans 16 pays (Allemagne, Danemark, Suède, Autriche, Canada, France, République tchèque, Grèce, Pays-Bas, Luxembourg, Norvège, Pologne, Espagne, Suisse, Grande-Bretagne et Etats-Unis).

Source de l'épidémie à été confirmée: il s'agit d'une ferme biologique du nord de l'Allemagne.

Transfert de gènes entre deux bactérieshypertoxicité

Cette comparaison des gènes des globines humaines mais en

évidence une parenté moléculaire importante

et fait de ces molécules de globines

des molécules homologues.

On dit que les gènes des globines forment

une famille

multigénique.

Séquences

Alpha Beta Gamma Delta

Alpha 100 57.9 56.1 57.6

Beta 100 76.4 92.6

Gamma 100 76.6

Delta 100

Document 3 : Tableau indiquant la présence des hormones étudiées dans les différents groupes des Vertébrés ainsi que l’âge des plus anciens fossiles connus pour chacun de ces groupes.

Globines Age des plus anciens fossiles connus (Ma)

Poissons Globine α 450Amphibiens Globine α et γ 300

Reptiles Globine , α, γ et δ 150Mammifères Globine α, γ , β et δ 40

Les familles multigéniques: un crossing-over inégal

Document 2:

L’hémoglobine est formé des 4 chaînes protéiques, chacune contient un hème qui fixe O2)Au cours du développement de l’organisme humain, il y a des changements dans la nature des molécules d’hémoglobine :- Avant la naissance : hémoglobine embryonnaire (ε et ζ): hémoglobine fœtale F (α et γ)

- Après la naissance : 97 % sous forme d’hémoglobine A (α et β) + un peu d’hémoglobine F + un peu d’hémoglobine D (α et δ) ; il y a donc 6 molécules protéiques différentes qui peuvent faire partie d’une hémoglobine.Chaque protéine est codée par un gène différent : α et ζ sont sur le chromosome 16 ; ε, γ, δ, β sont sur le chromosome 11(ce ne sont pas des allèles d’un gène situé au même locus, mais des gènes différents). Par ailleurs, une protéine assez voisine est présente dans les muscles – la myoglobine : le gène qui code pour cette protéine est situé sur le chromosome 22.

Les trois hémoglobines ont toutes la propriété d’assurer le transport du dioxygène. L’affinité pour le dioxygène est plus grande pour l’hémoglobine F que pour les hémoglobines A et D :L’hémoglobine fœtale fixe mieux le dioxygène à faible pression ( en milieu liquide par exemple) que l’hémoglobine adulte qui elle, fixe mieux le dioxygène à forte pression ( dans l’air)

Document 4: Schéma montrant un crossing-over inégal et ses conséquences

Après un chiasma mal effectué va avoir lieu un crossing-over inégal où un chromosome reçoit un brin plus long que celui qu'il a cédé. Les gènes présents sur ce brin mais pas sur celui qui a été cédé se retrouveront alors en double sur le chromosome.

Document 5: Carte génétique simplifiée des chromosomes 11 et 16 chez l'homme

Exemple de famille multigénique:La vasotocine (AVT) provoque la contraction des petits muscles de la paroi des artères (rôle dans le contrôle de la circulation sanguine). L’ocytocine (OT) permet la contraction des muscles lisses des voies génitales femelles (en particulier, l’utérus chez les mammifères). La vasopressine (ADH) est une hormone antidiurétique limite la quantité des urines par réabsorption de l’eau au niveau des reins.

La famille des gènes LH, FSH, TSH et HCG

FSH stimule la croissance des follicules de l’ovaire avant l’ovulation chez le femelle et active la spermatogenèse chez le mâle. LH déclenche l’ovulation et transformation du follicule en corps jaune chez la femelle ou la production de testostérone chez le mâle. GTH stimule les gonades (ovaire ou testicules) chez les poissons. TSH stimule la thyroïde HCG, sécrétée par le placenta (embryon) stimule le corps jaune de l’ovaire lors de la grossesse.

LE PASSAGE DE LA NAGEOIRE A LA PATTE

Document 2: Conséquences de différentes mutations du gène Hox D 13 sur la main de l'homme.Au cours du développement du squelette , le cartilage est remplacé par de l'os. Des études récentes ont montrée que une mutation de HoxD13 entraine un retard de l'ossification et donc des malformations

Document 1: Organisation des complexes de gènes Hox et leurs domaines d'expression chez trois animaux

Chaque espèce est caractérisée par un plan d'organisation qui lui est propre.Les gènes Hox sont des gènes homéotiques formant une famille multigénique.

La combinaison des gènes Hox s'exprimant dans une région donnée est élément clé qui détermine l'organe qu'elle va former.

Leur couleur permet d'établir la correspondance entre les gènes et les régions du corps dont ils gouvernent le développement. Deux gènes sont représentés par la même couleur lorsqu'ils dérivent du même gène ancestral

Document 4: Arbre simplifié montrant la séparation entre les poissons et les tétrapodes.

Le panderichtys et l'ichthystéga vivaient il y a environ 360-400 millions d'années.un tétrapode est un organisme possédant 4 pattes.

Document 5: Comparaison de l'expression du gène HoxD13 lors de la formation des membres postérieurs chez l'embryons du poisson-zèbre et celui de la souris.La formation du membre débute par un bourgeonnement.

Acanthostega, un des premiers tétrapodes, présente des caractères de poisson (queue, branchies) et d'amphibien (pattes, cage thoracique)

Document 6:En 1835, de passage dans l'archipel des Galápagos, Charles Darwin décrit des pinsons et répertorie 13 espèces qui diffèrent par la largeur du bec.Des scientifiques ont cherché à comprendre l'origine de cette différence en s'intéressant plus particulièrement aux gènes de développement.

Document A:Expression du gène Bmp4 lors de la différenciation du bec chez deux espèces/ le pinson à bec moyen et le pinson à gros becOn analyse ici l'expression de l'ARNm du gène Bmp4 dans la région de l'embryon à l'origine du bec. L'ARNm est détecté grace à un marquage produisant une coloration noire sur des coupes de tissus observées au microscope optique.

la précocitél’intensité l’étendue de la zone d’expression=Variation de la taille du bac

introduction de BMP4 chez des embryons de poulet induit une augmentation de la taille du bec quand il est surexprimé et une diminution de sa taille quand il est sous-exprimé.

on déduit que ce gène influence la taille du bec et selon l’intensité de son expression stimule la croissance ou l’inhibe.

Conclusion : Les gènes homéotiques orientent des zones de l’organisme vers un type de développementIls forment une famille multigénique au sein d’une même espèce. Ils diffèrent peu génétiquement entre espèces ce qui prouve leur parentéC’est le lieu, l’intensité et le moment de leur expression qui va influencer grandement la morphologie de l’individu et qui sont donc source de diversification

Une espèce/forme polyploïde contient plus de deux jeux complets de chromosomes

Haploïdex=5

Diploïde2x=10

Triploïde3x=15

Tétraploïde4x=20

Le nombre de chromosomes de l’organisme est un multiple (>2) du nombre chromosomique de base

Pentaploide (5x)Hexaploide (6x)Heptaploide (7x) Octaploide (8x) ….

1er Polyploidisation

500 000 ansApparition du blé dur ( blé à pâtes)

2d Polyploidisation

900 000 ans Apparition du blé tendre

Deux individus appartenant à 2 espèces différentes peuvent s’hybrider=HYBRIDATION

Chromosomes provenant de deux espèces différentes ils ne sont pas homologuesles hybrides interspécifiques sont en général stériles

Un événement accidentel de doublement des chromosomes peut suivre l’hybridation chaque chromosome retrouve son homologue=POLYPLOIDISATION

Méiose possible Fertilité rétablieNouvelle espèce= DIVERSIFICATION

Si chez ces individus la méiose est anormale, et que des gamètes conservent l’ensemble du génome, alors la fécondation de ces gamètes aboutit à un individu polyploïde : il a l’ensemble du génome des 2 espèces et chaque chromosome est organisé par paire

Dans le monde végétal, les événements de polyploïdisation ont été relativement fréquents 70 % des plantes à fleurs (angiospermes) ont eu au moins un événement de polyploïdisation dans leur histoire évolutive

Deux origines pour les polyploides

AUTOPOLYPLOIDE : duplication des chromosomes au sein de la même espèce

Pomme de terre - 4x - 48 chromosomesBanane – 3x – 33 chromosomesCacahuète – 4x – 40 chromosomesPatate douce – 6x– 90 chromosomes

ALLOPOLYPLOIDE : Hybridation entre deux ou plusieurs espèces

Tabac – 4x – 48 chromosomesCoton – 4x – 52 chromosomesBlé tendre – 6x – 42 chromosomesAvoine – 6x – 42 chromosomesCanne à sucre – 8x – 80 chromosomesFraise – 8x –56 chromosomes

En plus, elles sont obtenues par la technique dite de polyploïdisation : des triplets de chromosomes et non 10 paires comme les huîtres sauvages.

-stériles, elles ne produisent pas de laitance durant l’été (période de reproduction) et restent donc dans les critères de goût des Français toute l’année.

-Les huîtres laiteuses sont peu appréciées et la récolte des sauvages ne se fait donc pas l’été. De plus, une huître diploïde met trois ans pour parvenir à maturité, alors qu’une triploïde n’en met que deux. Pourtant la triploïde n’a jamais fait l’unanimité chez les éleveurs.

Caryotype de fœtus non viable( avortement spontané)

Caryotype de cellule cancéreuse chez la souris

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Diversification génétique

Diversification des êtres vivants

Apport de tout ou partie d’un génome d’une autre espèceHybridationPolyploïdisation

Transfert viral

Variations dues à l’expression du génome sans modification

de celui-ci

Chronologie Intensité

DuplicationTransposition

Cette symbiose permet la survie à la surface de supports variés dans des milieux souvent hostiles (exposition à la sécheresse, à de fortes températures, etc.).Cette association est durable, reproductible (elle donne naissance à de nouveaux individus, à la formation d'une nouvelle unité fonctionnelle) avec des bénéfices réciproques pour les partenaires : l'algue retire de la relation un apport important en eau et en sels minéraux ainsi qu'un gîte puisque le champignon capte les eaux de pluies et les sels minéraux, le champignon, hétérotrophe, retire le glucose nécessaire à sa croissance que produit l'algue par la photosynthèse. Cette association entraîne des modifications morphologiques et physiologiques: les deux partenaires participent à la production d'acides lichéniques responsables de la couleurs et de la toxicité du lichen, les protégeant des trop fortes intensités lumineuses et des prédateurs

Photographie d'une coupe transversale de lichen observée au MEB Photographie d'une coupe transversale de lichen

observée au MET

Filament du champignon

Algue unicellulaire

Exemple 2: L'exemple des lichens

Document 1: Des échanges entre une bactérie et une planteLa famille des fabacées ( plantes légumineuses) a une grande importance dans l'alimentation humaine et des animaux domestiques. le pois, le haricot, le soja en font partie.Les légumineuses présentent sur leurs racines des renflements: des nodosités.L'observation de ces structure révèle la présence de bactérie du genre rhizobium

Document 2: Des résultats d'expériences.Doc 2a: Des plants de soja contenant des nodosités sont cultivés dans un milieu contenant du carbone radioactif sous forme de CO2.Ce carbone est absorbé par la plante qui le transforme en saccharose. La radioactivité est recherchée dans les racines et les bactéries.Doc2b: la croissance de plants inoculés ou non avec des bactéries du genre rhizobium a été mesurée. La masse totale d'azote dans ces plants a été enregistrée.

Doc 2a: Variation de la radioactivité en fonction du temps

Doc2b: Comparaison de la croissance après un an de culture.

La bactérie produit une protéine, la nitrogénase, qui est capable de transformer l'azote atmosphérique en une forme utilisable par la plante. Cette protéine n'est pas produite lorsque la bactérie vit seule. Sans cette protéine, la plante ne prélève l'azote que sous la forme de nitrate dans le sol

Exemple 3: l’exemple des nodosités

La flore intestinal est composée de 500 à 1000 espèces différentes et un total de cent mille milliards de bactéries (10 14 ) ce qui fait une masse d’environ 1,5 kg !On dit que ces bactéries sont symbiotiques:1)- Pour l’homme digestion facilitée et synthèse de vitamine.- Beaucoup de bactéries sont capables de décomposer les hydrates de carbone (sucres) que l'être humain ne pourrait pas digérer autrement mais aussi la cellulose.- Elles synthétisent de la vitamine K: Elle favorise la synthèse de facteurs de coagulation sanguine, la fixation du calcium par les os, la souplesse des artères et le bon état des vaisseaux sanguins en général, des tendons, cartilages.

2)- Pour les bactéries hébergement et nourriture.

Au japon, sur l'île de Koshima, une petite troupe de macaques de 49 individus a été étudiée par des chercheurs dans les années 1950-1960. Ces derniers jetaient régulièrement des grains de blé sur la plage, que les macaques récoltaient un à un pour les manger. En 1956, une jeune femelle de 4 ans eut l'idée de prendre des poignées de sable mélangé à des grains de blé, puis de les jeter dans l'eau de mer.

Le sable tombait au fond de l'eau et les grains flottaient: ces derniers étaient ainsi plus facile à récolter. la pratique du lavage s'est peu à peu répandue dans la populations.

Les macaques vivent en groupe. les mères ont des relations étroites avec leur petit, notamment au moment des repas, qu'ils prennent côte à côte.Vers 4 ans le jeune mâle prend son indépendance et a beaucoup moins de relation avec les autres membres du groupe. les petits passent moins de temps à jouer ensemble et à s'imiter l'un l'autre.