Chapitre 2 : DES MECANISMES DE LA DIVERSIFICATION DES

Chapitre 2 : DES MECANISMES DE LA DIVERSIFICATION DES ETRES VIVANTS
Acquis à mobiliser
·* notion de biodiversité à différentes échelles, et relations de cause à effet entre la biodiversité à l’échelle des
organismes et la biodiversité génétique
◦ le phénotype macroscopique dépend du phénotype cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire
◦ le phénotype moléculaire dépend du patrimoine génétique de la cellule et de la nature des gènes qui s’expriment
sous l’effet de l’influence de facteurs internes et externes variés
◦ l’expression d’un phénotype dépend donc du génotype et de l’environnement)
◦ les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, fondement de la biodiversité
* notion de caractères héréditaires, transmis lors de la reproduction sexuée, et modalités de cette transmission
(cf thème 1A1 de Tle S)
◦possibilité de survenues d’anomalies lors du déroulement de la méiose, et ont perçus les conséquences de ces
anomalies, pour l’individu, mais aussi dans un contexte d’évolution du vivant
* notion de plan d’organisation (des vertébrés)
* notion d’homologie moléculaire (utilisées pour établir des relations de parentés)
Problématique : Les mutations ainsi que le brassage génétique associé à la méiose et à la fécondation sont des
facteurs de diversités au sein d’une espèce.
Quels sont au-delà des mutations et du brassage génétique, les modalités de la diversification du monde
vivant ?
1. Des modifications du génome et diversité
Des espèces ou des individus très proches peuvent présenter une grande diversité de phénotypes qui ne peut
pas s’expliquer par de simples mutations. Comment expliquer de grandes différences entre des espèces
proches ?
a- La polypoïdisation
 Définition : La ploïdie est le nombre de jeux de chromosomes, c’est à dire le nombre de copies des
différents chromosomes formant le génome. Dans le noyau des cellules humaines, il y a deux copies de
chaque chromosome. On parle alors de diploïdie. Quand le nombre de lots de chromosomes est supérieur a`
deux, on parle de polyploïdie.
La polyploïdie est un phénomène très répandu chez les végétaux qui a contribué à l’évolution des plantes à fleurs. Le
fait que la polyploïdie soit répandue chez les végétaux est certainement lié à leur capacité à se reproduire par
multiplication végétative, ce qui évite les problèmes posés par l’appariement de chromosomes d’origine différente
lors de la méiose.
La polyploïdie est peu répandue dans le monde animal, ce qui pourrait s’expliquer par la production d’individus
stériles.

 Mécanismes
Plusieurs mécanismes peuvent être à l’origine du phénomène de polyploïdie. (doc 2 page 41)
Le plus courant est une anomalie survenant lors d’une mitose. Les chromosomes dupliqués ne sont pas répartis
dans les deux cellules filles car la division du cytoplasme, ne se réalise pas.
À l’issue de la mitose, le noyau renferme donc deux fois plus de chromosomes que le noyau de la cellule mère.
Exemple: le triticale résulte d'une hybridation entre le blé et le seigle. Cette plante résiste mieux à la sécheresse
que le froment (blé ordinaire) et donne des rendements meilleurs.
Les chromosomes sont en partie homologues, ce qui pose des problèmes au moment de la méiose et induit une
stérilité des hybrides. La fertilité peut être restaurée si une hybridation est suivie d'une polyploïdisation, les
cellules contiennent deux copies des chromosomes de chacune des espèces parentes. Elles sont donc susceptibles
d'entrer en mitose. Ceci permet d'obtenir des hybrides fertiles entre espèces voisines.

 Une source de diversité, utilisée par l’Homme.
Les polyploïdies sont parfois créées et exploitées par l’Homme à des fins commerciales et/ou agronomiques.
Les truites et les huîtres triploïdes sont stériles et peuvent donc être commercialisées toute l’année.
De nombreuses espèces cultivées sont soit
- Autopolyploïdes, portant plusieurs exemplaires d’un même génome. Exemples :
 Pomme de terre : 4x, 48 chromosomes (tétraploïde)
Banane: 3x, 33 chromosomes (triploïde)
Cacahuète: 4x, 40 chromosomes (tétraploïde)
Patate douce: 6x, 90 chromosomes (hexaploïde)
- Allopolyploïdes présentant des génomes de plusieurs espèces apparentées au niveau diploïde (ex. : blé dur,
blé tendre, coton, colza, tabac, fraisier, prunier domestique…).
On provoque la polyploïdie dans des plantes d’espèces différentes (exemple blé et seigle) puis on croise les
descendants polyploïdes.
Les avantages sont divers : production de fruits sans pépins, obtention de fruits plus gros, de plantes plus
grandes…
La polyploïdie a joué un rôle majeur dans l’évolution des génomes des céréales :
La polyploïdie (le doublement du contenu chromosomique) constitue un mécanisme important de diversification et de
génération de variabilité génétique dans le cadre de l’adaptation des plantes à leur environnement. La majorité des
plantes, y compris les plantes cultivées sont des polyploïdes, soit relativement récents (comme le colza, le blé, le
cotonnier, la pomme de terre, la luzerne), soit anciens, retenant encore des "vestiges" d'événements de
polyploïdisation plus anciens, tels que le riz et le maïs.

b- Les transferts horizontaux du matériel génétique
L’héritage vertical de matériel génétique d’une génération à une autre est le mode de transmission le plus courant à
l’intérieur des organismes vivants. Dans certaines circonstances, il arrive que du matériel génétique se transfère
entre espèces éloignées.
 Mise en évidence
Un des arguments les plus forts en faveur de l’existence de transferts horizontaux de gènes est l’obtention
d’arbres de parenté contradictoires.
Dans cet exemple, l’arbre, inféré à partir de gènes particuliers, est très différent de l’arbre des espèces de
procaryotes où Salmonella est proche parent d’Escherichia coli. On doit faire l’hypothèse d’un transfert horizontal
Ici, l’ancêtre de Salmonelle a donné son gène a un ancêtre de Streptomyces de manière horizontale. En observant
l’arbre de phylogénie selon les gènes, il est possible de constater que Streptomyces est très proche parent de
Salmonella tout simplement parce qu’il a acquis le gène depuis un ancêtre de Salmonelle relativement récemment.
Ensuite, le groupe Salmonella / Streptomyces est proche parent d’Escherichia coli.
 mécanismes de transfert horizontaux.
Transfert depuis le milieu extérieur
Ce mode de transfert est le mécanisme le
plus simple. Dans le milieu extérieur d’un
organisme se trouve de l’ADN libre qui
résulte en général de la mort d’un
organisme. Cet ADN libre peut être
intégré à l’intérieur d’une cellule
particulière, puis intégré au génome de cet
organisme. Il y a donc un transfert
horizontal entre deux espèces qui peuvent
être tout à fait différentes.

Transfert par voie virale.
L'analyse du génome humain a révélé, entre autres, que 8 à 10 % de la séquence est d'origine virale !
...alors que seulement ~1.5 % de la séquence du génome 'code' pour des protéines !...
Les rétrovirus infectieux possèdent la propriété remarquable de s’intégrer dans l’ADN de nos chromosomes. En
général, les cellules infectées sont des cellules somatiques qui ne sont pas impliquées dans la transmission de notre
patrimoine génétique. Cependant, lorsqu’un rétrovirus parvient à infecter une cellule de la lignée germinale, le
rétrovirus intégré peut se transmettre à la descendance comme n’importe quel gène : il devient alors un «
rétrovirus endogène ».
Le génome de tous les vertébrés est ainsi envahi par de telles structures et le séquençage systématique d’un grand
nombre de génomes, dont ceux de l’homme et de la souris, montre que les rétrovirus endogènes représentent près
de 8% du matériel génétique de ces espèces.
Fort heureusement, la plupart des rétrovirus endogènes sont inactifs, en raison d’altérations génétiques, ou de la
répression de leur expression par différents systèmes de contrôle développés par la cellule.
Un arbre phylogénétique traduit les relations de parenté entre ces êtres vivants. Si l’on y fait figurer les
transferts horizontaux de gènes, l’arbre se transforme en réseau phylogénétique, plus complexe, mais
certainement plus représentatif de ces relations