La complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbioses

1. Définir un transfert horizontal de gènes et l'opposer au transfert vertical.
2. Expliquer pourquoi les transferts horizontaux rendent difficile la construction d'un arbre de parenté unique des bactéries.
3. Citer deux exemples de transferts horizontaux impliquant des eucaryotes, en précisant le donneur et le receveur.
4. Un élève écrit : « La conjugaison est un mode de reproduction des bactéries. » Expliquer l'erreur.

Une souche donneuse est capable de synthétiser la lysine (lys⁺) ; la souche receveuse en est incapable (lys^–). Des phages multipliés dans la souche donneuse sont récupérés dans un filtrat sans bactéries, puis mélangés à 1,5 × 10⁷ bactéries receveuses. On étale sur un milieu sans lysine.

1. Calculer la fréquence du transfert (écriture scientifique, deux chiffres significatifs).
2. Montrer que le résultat obtenu avec la DNase permet d'exclure une transformation.
3. Expliquer comment un gène de la bactérie donneuse s'est retrouvé dans un phage, puis dans une bactérie receveuse.

Une séquence de rétrovirus endogène est située au même endroit (locus) d'un chromosome chez l'Humain, le chimpanzé et le gorille ; elle est absente à cet endroit chez l'orang-outan. Dates de divergence estimées : séparation de la lignée de l'orang-outan ≈ 15 millions d'années (Ma) ; séparation de la lignée du gorille ≈ 9 Ma. Au moment de l'intégration, les deux extrémités du provirus (LTR) sont identiques ; chacune accumule ensuite des mutations à la vitesse de 0,11 % par Ma. Chez l'Humain, les deux LTR de ce provirus diffèrent de 2,5 %.

1. Exploiter la répartition de la séquence pour encadrer la date de son intégration.
2. Montrer que l'âge estimé à partir des LTR, voisin de 11 Ma, est compatible avec cet encadrement.
3. Expliquer pourquoi la présence de la séquence chez trois espèces ne résulte pas de trois infections indépendantes.

L'ADN mitochondrial de la levure de boulanger est circulaire et compte environ 86 000 paires de bases ; il porte 8 gènes codant des protéines. La mitochondrie de levure contient environ 1 000 protéines différentes. Dans les arbres construits à partir des ARN ribosomiques, les mitochondries de tous les eucaryotes étudiés forment un groupe unique, situé parmi les α-protéobactéries.

1. Calculer le pourcentage des protéines mitochondriales codées par l'ADN mitochondrial.
2. Expliquer où sont codées les autres protéines et comment elles parviennent dans la mitochondrie, en reliant cette situation à l'histoire de l'endosymbiose.
3. Un élève affirme : « Chaque espèce d'eucaryote a capturé ses propres bactéries pour former ses mitochondries. » Expliquer l'erreur.

Agrobacterium tumefaciens transfère l'ADN-T, fragment de son plasmide Ti, dans le génome de cellules végétales blessées. Les gènes de l'ADN-T provoquent une prolifération des cellules (tumeur) et la production d'opines, molécules que seule la bactérie peut utiliser comme nutriments. Chez la patate douce cultivée, des séquences d'ADN-T d'Agrobacterium sont présentes dans le génome de toutes les variétés analysées, et certaines sont transcrites. La patate douce se multiplie surtout par bouturage.

1. Expliquer l'intérêt de ce transfert pour la bactérie.
2. Expliquer comment ces séquences ont pu devenir héréditaires chez la patate douce.
3. Discuter l'expression « OGM naturel ».