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Complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbioses
Transferts verticaux et horizontaux, transformation bactérienne, conjugaison et transduction, gènes d’origine virale chez les eucaryotes, endosymbioses à l’origine des mitochondries et des chloroplastes, hérédité cytoplasmique.
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Un transfert horizontal de gènes se fait :
- A. des parents vers leurs descendants
- B. entre organismes sans lien de filiation
- C. entre cellules d’un même organe seulement
- D. au cours de la méiose uniquement
Réponse
B. entre organismes sans lien de filiation — Horizontal signifie entre organismes qui ne sont ni parent ni descendant l’un de l’autre, souvent d’espèces différentes ; des parents aux descendants, le transfert est vertical.
Un plasmide est :
- A. un fragment du chromosome bactérien
- B. une capside de virus de bactérie
- C. un pont entre deux bactéries voisines
- D. un petit ADN circulaire répliqué à part
Réponse
D. un petit ADN circulaire répliqué à part — Le plasmide est une petite molécule d’ADN circulaire, répliquée indépendamment du chromosome, et il porte souvent les gènes échangés.
Le pilus intervient dans :
- A. la conjugaison
- B. la transformation
- C. la transduction
- D. la réplication
Réponse
A. la conjugaison — Le pilus est le pont qui relie deux bactéries lors d’une conjugaison et par lequel passe le plasmide.
Les mitochondries dérivent de bactéries apparentées aux :
- A. cyanobactéries
- B. archées
- C. α-protéobactéries
- D. bactéries lactiques
Réponse
C. α-protéobactéries — Les séquences d’ARN ribosomique des mitochondries se rangent parmi celles des α-protéobactéries ; les cyanobactéries sont à l’origine des chloroplastes.
Les chloroplastes dérivent :
- A. de mitochondries modifiées
- B. de champignons unicellulaires
- C. de cyanobactéries
- D. de virus à ARN
Réponse
C. de cyanobactéries — Ils sont issus d’une endosymbiose avec une cyanobactérie, bactérie capable de photosynthèse.
Un rétrovirus endogène est :
- A. une séquence virale transmise à la descendance
- B. un virus qui infecte les bactéries
- C. une protéine de l’enveloppe du noyau
- D. un plasmide porteur de gènes de résistance
Réponse
A. une séquence virale transmise à la descendance — C’est un provirus intégré dans la lignée germinale : il fait désormais partie du génome et se transmet verticalement.
Chez les mammifères placentaires, une syncytine intervient dans :
- A. la réplication de l’ADN
- B. la photosynthèse des feuilles
- C. la conjugaison des bactéries
- D. la formation du placenta
Réponse
D. la formation du placenta — La syncytine fait fusionner des cellules du trophoblaste en une couche continue où se font les échanges entre la mère et le fœtus.
L’expérience de Griffith (1 928) montre :
- A. que l’ADN porte l’information génétique
- B. qu’un caractère passe de bactéries mortes à des vivantes
- C. que les virus transportent des gènes bactériens
- D. que les plasmides portent des gènes de résistance
Réponse
B. qu’un caractère passe de bactéries mortes à des vivantes — Griffith établit qu’une transformation existe, sans identifier la molécule responsable : c’est l’équipe d’Avery qui montrera que c’est l’ADN.
L’équipe d’Avery a identifié le principe transformant grâce à :
- A. des enzymes qui détruisent chaque molécule
- B. un filtre qui retient les bactéries
- C. un arbre phylogénétique des souches
- D. un comptage des capsules au microscope
Réponse
A. des enzymes qui détruisent chaque molécule — Protéase, RNase et DNase sont ajoutées tour à tour : seule la DNase supprime l’effet, donc le principe transformant est l’ADN.
Une endosymbiose est :
- A. un échange de gènes entre deux bactéries voisines
- B. l’infection passagère d’une cellule par un virus
- C. la vie durable d’un organisme dans les cellules d’un autre
- D. la fusion de deux cellules en une seule cellule
Réponse
C. la vie durable d’un organisme dans les cellules d’un autre — L’endosymbiote vit à l’intérieur des cellules de l’hôte, avec un bénéfice réciproque ; très ancienne, l’association peut aboutir à un organite.
Le nucléomorphe est :
- A. un petit noyau propre au chloroplaste
- B. un organite producteur d’ATP
- C. un provirus intégré dans un chromosome
- D. le noyau réduit d’une algue intégrée
Réponse
D. le noyau réduit d’une algue intégrée — C’est ce qui reste du noyau de l’algue eucaryote intégrée lors d’une endosymbiose secondaire ; son génome a presque entièrement régressé.
Les transferts horizontaux et les endosymbioses complexifient les génomes car ils :
- A. remplacent les mutations comme source de diversité
- B. ajoutent en bloc des gènes déjà fonctionnels
- C. ne concernent que les bactéries du sol
- D. suppriment les gènes inutiles de l’hôte
Réponse
B. ajoutent en bloc des gènes déjà fonctionnels — Les mutations modifient des gènes déjà présents, tandis que ces mécanismes apportent d’un coup des gènes fonctionnels venus d’une autre lignée.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Dans un mélange de deux souches, des colonies n’apparaissent sur le milieu sélectif que si les souches peuvent se toucher. Le mécanisme est :
- A. la transformation
- B. la transduction
- C. la conjugaison
- D. une mutation spontanée
Réponse
C. la conjugaison — Seule la conjugaison exige un contact entre les cellules ; une mutation spontanée se produirait aussi sans contact.
Dans la transduction, l’ADN transféré échappe à une DNase du milieu parce qu’il est :
- A. enfermé dans une capside
- B. fixé sur la paroi de la bactérie
- C. sous forme d’ARN
- D. intégré à un plasmide
Réponse
A. enfermé dans une capside — Le fragment d’ADN bactérien voyage à l’intérieur de la capside du bactériophage, donc hors d’atteinte de l’enzyme.
1 400 bactéries ont reçu un gène parmi 5 × 10⁸ receveuses. La fréquence du transfert vaut :
- A. 2,8 × 10⁻⁵
- B. 2,8 × 10⁻⁷
- C. 3,6 × 10⁻⁶
- D. 2,8 × 10⁻⁶
Réponse
D. 2,8 × 10⁻⁶ — On divise 1 400 par 5 × 10⁸, ce qui donne 280 × 10⁻⁸, soit 2,8 × 10⁻⁶.
Deux séquences comparées sur 250 positions en ont 195 identiques. Leur identité vaut :
- A. 72 %
- B. 78 %
- C. 82 %
- D. 85 %
Réponse
B. 78 % — On divise 195 par 250, ce qui donne 0,78, soit 78 % d’identité.
Un plasmide porte trois gènes de résistance à trois antibiotiques. Une bactérie qui le reçoit devient résistante :
- A. aux trois antibiotiques d’un coup
- B. à un seul, tiré au hasard
- C. après trois mutations successives
- D. seulement après plusieurs divisions
Réponse
A. aux trois antibiotiques d’un coup — Les gènes reçus sont déjà fonctionnels : la bactérie acquiert les trois résistances en une seule étape, sans mutation.
Une protéine de la mitochondrie codée par un gène du noyau est fabriquée :
- A. par les ribosomes de la mitochondrie
- B. entre les deux membranes de l’organite
- C. dans le cytosol, puis importée
- D. dans la matrice de la mitochondrie
Réponse
C. dans le cytosol, puis importée — L’ARN messager sort du noyau et est traduit par les ribosomes du cytosol ; la protéine est ensuite importée dans l’organite.
La transcriptase inverse d’un rétrovirus fabrique :
- A. de l’ARN à partir de l’ADN de la cellule
- B. de l’ADN à partir de l’ARN du virus
- C. les protéines d’enveloppe du virus
- D. une copie du chromosome de l’hôte
Réponse
B. de l’ADN à partir de l’ARN du virus — Elle copie le génome à ARN du virus en ADN, le provirus, qui s’intègre ensuite dans un chromosome.
Les deux LTR d’un provirus diffèrent de 2,4 % et chacune mute de 0,10 % par million d’années. Son âge est d’environ :
- A. 24 millions d’années
- B. 12 millions d’années
- C. 6 millions d’années
- D. 2,4 millions d’années
Réponse
B. 12 millions d’années — Les deux LTR mutent chacune de leur côté, donc leur écart croît de 0,20 % par million d’années : 2,4 divisé par 0,20 donne 12.
Un chloroplaste isolé dans un milieu nutritif :
- A. se divise indéfiniment comme une bactérie
- B. fabrique lui-même toutes ses protéines
- C. redevient une cyanobactérie libre
- D. ne se multiplie pas durablement
Réponse
D. ne se multiplie pas durablement — La plupart de ses protéines sont codées par le noyau et importées : isolé, il ne peut ni les obtenir ni les fabriquer.
Chez les bactéries, les transferts horizontaux permettent surtout :
- A. de réduire la taille du chromosome
- B. d’acquérir vite une fonction nouvelle
- C. de remplacer la division cellulaire
- D. d’éviter l’apparition de mutations
Réponse
B. d’acquérir vite une fonction nouvelle — Le gène reçu est déjà fonctionnel : la bactérie acquiert la fonction en une seule étape, sans attendre des mutations favorables.
Les opines fabriquées par des cellules végétales qui ont reçu l’ADN-T d’Agrobacterium :
- A. protègent la plante contre la bactérie
- B. servent de nutriments à la bactérie
- C. sont des protéines de l’enveloppe virale
- D. permettent la photosynthèse de la tumeur
Réponse
B. servent de nutriments à la bactérie — Seule la bactérie sait les utiliser : elle détourne le métabolisme de la plante à son profit.
Dans le génome séquencé d’un rotifère, un gène ressemble à un gène bactérien, mais il n’est trouvé que dans un échantillon, sur un fragment isolé, sans gène de rotifère voisin. Le plus probable :
- A. un transfert horizontal ancien
- B. une mutation récente de ce gène
- C. une contamination de l’échantillon
- D. un brassage lors d’une méiose
Réponse
C. une contamination de l’échantillon — Un gène acquis par transfert serait inséré dans un chromosome, entouré de gènes de l’hôte, et retrouvé chez les descendants : ici, rien ne montre qu’il fait partie du génome.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Les syncytines de la souris et de l’Humain :
- A. sont codées par le même gène ancestral
- B. dérivent de protéines bactériennes
- C. sont absentes du placenta de ces espèces
- D. proviennent de captures indépendantes
Réponse
D. proviennent de captures indépendantes — Elles dérivent de gènes env de rétrovirus différents, situés à des positions différentes : ce ne sont pas des gènes homologues, leur fonction commune est une convergence.
Le génome d’une mitochondrie est bien plus petit que celui d’une α-protéobactérie libre, car :
- A. l’organite a perdu tout son ADN propre
- B. des gènes ont été perdus ou passés au noyau
- C. les bactéries libres ont doublé leur génome
- D. l’organite ne se divise plus jamais
Réponse
B. des gènes ont été perdus ou passés au noyau — Au cours de l’endosymbiose, l’endosymbiote a perdu les gènes devenus inutiles et beaucoup d’autres ont été transférés dans le noyau de l’hôte.
Un élève affirme qu’une double membrane et un ADN propre prouvent l’origine bactérienne d’un organite. Que répondre ?
- A. non, le noyau a aussi ces deux caractères
- B. oui, ces deux critères suffisent
- C. oui, seul un organite bactérien a de l’ADN
- D. non, un ADN propre signe une origine virale
Réponse
A. non, le noyau a aussi ces deux caractères — Le noyau possède une double enveloppe et de l’ADN sans dériver d’une bactérie : l’argument décisif est la parenté des séquences dans un arbre.
Dans les arbres des ARN ribosomiques, les chloroplastes des plantes et des algues rouges forment un seul groupe, parmi les cyanobactéries. On en déduit :
- A. une endosymbiose indépendante dans chaque lignée
- B. un passage du chloroplaste par des virus
- C. une origine à partir de mitochondries
- D. une seule endosymbiose primaire à leur origine
Réponse
D. une seule endosymbiose primaire à leur origine — Un groupe unique signale un ancêtre commun : une seule cyanobactérie intégrée, dont le chloroplaste a été transmis verticalement aux deux lignées.
Les arbres construits avec des gènes différents d’un même groupe de bactéries ne concordent pas. L’explication la plus probable :
- A. des mutations trop rares dans ces gènes
- B. des transferts horizontaux fréquents
- C. une erreur de séquençage des génomes
- D. une reproduction sexuée de ces bactéries
Réponse
B. des transferts horizontaux fréquents — Un même génome contient des gènes venus de lignées différentes : leur histoire ressemble à un réseau plutôt qu’à un arbre unique.
Deux espèces de bactéries très éloignées portent, sur un plasmide, un gène de résistance identique à 99,9 %. L’explication la plus probable :
- A. un héritage de leur ancêtre commun
- B. un transfert récent du plasmide
- C. deux mutations identiques indépendantes
- D. une erreur de séquençage du gène
Réponse
B. un transfert récent du plasmide — Hérité d’un ancêtre commun lointain, le gène aurait accumulé des différences dans chaque lignée : une identité presque totale signale un transfert horizontal récent.
Pourquoi les transferts horizontaux fixés sont-ils rares chez les animaux pluricellulaires ?
- A. seule la lignée germinale est transmise
- B. leur ADN n’est pas de même nature
- C. leurs cellules n’absorbent jamais d’ADN
- D. ils ne côtoient jamais de bactéries
Réponse
A. seule la lignée germinale est transmise — Un gène entré dans une cellule somatique disparaît avec l’individu : il ne reste dans l’espèce que s’il touche une cellule à l’origine des gamètes.
La mère porte une mutation de son ADN mitochondrial, le père une autre mutation du sien. Leurs enfants portent :
- A. les deux mutations
- B. seulement celle du père
- C. seulement celle de la mère
- D. l’une ou l’autre au hasard
Réponse
C. seulement celle de la mère — Les mitochondries de l’embryon sont celles de l’ovocyte : seule la mutation maternelle est transmise, à tous les enfants.
Une mutation empêche l’importation des protéines dans les chloroplastes. Conséquence la plus probable :
- A. aucun effet, l’organite fabrique ses protéines
- B. des chloroplastes plus nombreux mais plus petits
- C. des chloroplastes privés de la plupart de leurs protéines
- D. la perte immédiate de l’ADN chloroplastique
Réponse
C. des chloroplastes privés de la plupart de leurs protéines — La majorité des protéines de l’organite sont codées par le noyau et doivent être importées : sans importation, le chloroplaste ne fonctionne plus.
Le chloroplaste des diatomées est entouré de quatre membranes. Cela s’explique par :
- A. une endosymbiose secondaire
- B. une endosymbiose primaire ancienne
- C. un transfert horizontal de gènes
- D. une fusion de deux chloroplastes
Réponse
A. une endosymbiose secondaire — Un eucaryote a intégré une algue eucaryote qui possédait déjà un chloroplaste à deux membranes : s’y ajoutent la membrane de l’algue et celle de l’hôte.
Un gène de résistance porté par un plasmide se répand plus vite dans une population bactérienne qu’une mutation de résistance, parce que :
- A. il apparaît plus souvent par mutation
- B. il se réplique à la place du chromosome
- C. il protège contre tous les antibiotiques
- D. il passe aussi entre cellules déjà existantes
Réponse
D. il passe aussi entre cellules déjà existantes — Une mutation ne se transmet qu’à la descendance de la cellule mutée, alors qu’un plasmide passe en plus d’une bactérie à l’autre, y compris entre espèces.
Une bactérie devient résistante après avoir reçu un gène, et un élève conclut que l’antibiotique a fait apparaître ce gène. Son erreur est que :
- A. l’antibiotique détruit les gènes de résistance
- B. le gène existait déjà chez la donneuse
- C. la résistance ne se transmet jamais
- D. les bactéries ne reçoivent pas de gènes
Réponse
B. le gène existait déjà chez la donneuse — Le gène préexistait et a été transféré ; l’antibiotique ne fait que laisser se multiplier les bactéries qui le possèdent.
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