Chap1-4 : Génétique et Procaryotes

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Chapitre 1
Rappels
Génétique Mendélienne
Enseignante : Agnès Mignot
[email protected]
Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution
Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne
Chap1-1 : la génétique de Mendel
Chap1-2 : extension de l’analyse
mendélienne
Chap1-3 : Recombinaison &
Cartographie Génétique
Chap1-4 : Génétique & procaryotes
Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution
Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne
Chap1-1 : la génétique de Mendel
I. Les résultats de Mendel
II. Redécouverte et compréhension biologique
Chap1-2 : extension de l’analyse mendélienne
I.
II.
III.
IV.
La dominance
Le polyallélisme
La pléiotropie
Les interactions entre gènes
Chap1-3 : recombinaison et cartographie génétique
I.
II.
III.
IV.
Découverte des gènes liés
Les cartes de liaison
3 gènes liés
Cas des organismes dont les produits de méiose sont visibles
Chap1-4 : génétique et procaryotes
I. Qu’est-ce qu’un procaryote ?
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Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne
Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
I- Qu’est-ce qu’un procaryote ?
Organisme unicellulaire, de taille moy : entre 1 et 10µm (10 à 100 x + petit/ cell eucaryote)
sans compartimentation interne  sans organites (sauf ribosomes) et sans noyau (l'ADN
= une molécule bicaténaire circulaire est libre)
3 formes les + fréquentes (sphère pour cocci ; bâtonnet pour bacille ; spirale pour spirilles
ou spirochètes)
ADN circulaire
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Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
I- Qu’est-ce qu’un procaryote ?
 2 grandes divisions: archae et eubactéries
 c'est la plus grande biomasse
sur Terre…
Et la plus ancienne !
Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
I- Qu’est-ce qu’un procaryote ?
 Génome essentiellement codant (>90%), très peu de régions non codantes (introns)
et de régions répétées.
Bactérie
Escherichia coli
4 700 kb
~4 000 gènes
Bactérie
Haemophilus influenza
1 300 kb
1 700 gènes
Levure
Saccharomyces cerevisae
13 500 kb
6 000 gènes
Ver
Caenorhabditis elegans
100 000 kb
13 500 gènes
Plante
Arabidopsis thaliana
120 000 kb
25 000 gènes
Animal
Homo sapiens
3.106 kb
28 000 gènes
 Organisation en opérons (Promoteur +
Opérateur + un ou plusieurs gènes de structure =
unité de transcription).
 Réplication ADN à partir de l’origine de
réplication (OR).
 La traduction (Σ protéines) est couplée à la
transcription (Σ ARN) et commence même avant
la fin de la transcription.
Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
I- Qu’est-ce qu’un procaryote ?
 Prolifération par Processus Asexué (ni méiose ni fusion de gamètes) : 1 cellule
mère  100aines cellules identiques
 Multiplication par division ou scissiparité
Origine de réplication (OR)
Réplication ADN
 Processus rapide
Scission des
membrane et paroi
Fin de la réplication
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Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
I- Qu’est-ce qu’un procaryote ?
 obtention de clones , sauf si mutation (rare: 1/107 divisions)
Mutation lors de la
réplication ADN
Mutation
transmise à
la
descendance
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Chap1-1 : la génétique de Mendel
I. Les résultats de Mendel
II. Redécouverte et compréhension biologique
Chap1-2 : extension de l’analyse mendélienne
I.
II.
III.
IV.
La dominance
Le polyallélisme
La pléiotropie
Les interactions entre gènes
Chap1-3 : recombinaison et cartographie génétique
I.
II.
III.
IV.
Découverte des gènes liés
Les cartes de liaison
3 gènes liés
Cas des organismes dont les produits de méiose sont visibles
Chap1-4 : génétique et procaryotes
I. Qu’est-ce qu’un procaryote ?
II. Mécanismes de transfert de gènes
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Chap1-4 : Génétique et Procaryotes
II- Mécanismes de transferts de gènes
Toujours transfert d’un individu donneur vers un individu receveur
Il n'y a recombinaison que d'une fraction réduite du génome : entre un
fragment receveur (= endogénote) et fragment d'ADN étranger (=exogénote).
Appariement endogénote/exogénote
grâce à des séquences homologues
Excision brin complémentaire
(restriction)
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II- Mécanismes de transferts de gènes
Il y a 3 grands mécanismes de transfert chez les procaryotes, avec à la clef possibilité de
recombinaison.
 La conjugaison
 La transformation
 La transduction
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
 échange d’ADN par contact entre bactérie réceptrice (ou receveuse) et bactérie
donatrice => transfert unidirectionnel
 Elle implique des petits morceaux d'ADN circulaires présents en + du chromosome
bactérien : les plasmides.
OR
OR
 Ils possèdent une origine de réplication
propre (comme le chromosome bactérien)
OR
 Ils peuvent être libres dans le cytoplasme
ou intégrés dans le chromosome bactérien
(épisome)
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
Elle nécessite un CONTACT entre 2 bactéries : pilus sexuel
Cette capacité à former un pilus sexuel est généralement due à un plasmide
appelé facteur F.
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
 Si le plasmide F est autonome, la bactérie avec F est appelée F+, c’est la bactérie donneuse.
Transfert plasmide
pilus
F+
F-
F+
F-
Réplication 2 plasmides
F+
F+
Fin de conjugaison
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
 Le plasmide F autonome (Bactérie F+)
 Le plasmide F épisome (Bactérie Hfr=High Frequency Recombination)
Rupture dans F
Hfr
F-
Hfr
F-
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
 Le plasmide F autonome (Bactérie F+)
 Le plasmide F épisome (Bactérie Hfr=High Frequency Recombination)
Traversée du pont et
réplication
Réplication
Hfr
F-
Hfr
F-
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II- Mécanismes de transferts de gènes
a- La conjugaison
 Le plasmide F autonome (Bactérie F+)
 Le plasmide F épisome (Bactérie Hfr=High Frequency Recombination)
Rupture du pont avant
Recombinaison
transfert complet
Hfr
F-
Hfr
F-
Hfr
F-
NB: Le plasmide F épisome entraine parfois avec lui de l’ADN bactérien
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II- Mécanismes de transferts de gènes
b- La transformation
 Découverte grâce à l'expérience de Griffith en 1928
Pneumocoques S
vivants
capsule
Pneumocoques S
tués (chaleur)
Pneumocoques R
vivants
??
Pneumocoques
R vivants + S tués
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II- Mécanismes de transferts de gènes
b- La transformation
 Certains procaryotes sont capables de « récupérer » des brins d'ADN exogène (du
milieu externe) qui traversent la paroi et la membrane.
Fragments
Plasmides
d'ADN
«
Insertion par
recombinaison
 Modification du phénotype et du génotype
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II- Mécanismes de transferts de gènes
b- La transformation
 Certains procaryotes sont capables de « récupérer » des brins d'ADN dans le milieu
externe.
 Modification du phénotype et du génotype
 N’est possible que si l’ADN transformant est bicaténaire et d’une masse molaire
adéquate (ex: 5 x 106 pour Streptococcus pneumoniae)
NB : en insérant un gène d'intérêt dans un plasmide, on peut ensuite l'introduire dans une
bactérie pour la modifier génétiquement (OGM) et reproduire ce gène rapidement
(transformation artificielle = clonage).
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II- Mécanismes de transferts de gènes
c- La transduction
 Due à l'infection des bactéries par des virus qui leur sont spécifiques : les
bactériophages
ADN
capside
 Transfert de gènes bactériens via les bactériophages d’une bactérie hôte à une
autre
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II- Mécanismes de transferts de gènes
c- La transduction
 Cycle des phages
Lysogénique
Infection
Excision ADN viral
Multiplication
bactérienne
Lytique
Assemblage
nouveaux phages et
lyse de la cellule
Multiplication de
l'ADN et protéines
viraux
Intégration de l'ADN viral
dans le chromosome
bactérien= prophage
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II- Mécanismes de transferts de gènes
c- La transduction
 2 types de transduction: spécialisée ou généralisée
 Spécialisée ou localisée: due à une excision anormale du prophage qui
emporte un petit fragment d’ADN bactérien adjacent à la région
d’intégration du phage.
 Généralisée : due à une erreur d’encapsidation, un fragment d’ADN du
génome bactérien de la taille du génome viral est encapsidé à la place de
ce dernier.
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II- Mécanismes de transferts de gènes
c- La transduction
 Transduction généralisée par les phages virulents (type P1, T4…)
Infection
Destruction
de l'ADN de
l'hôte
Multiplication de
l'ADN et protéines
viraux
Phage
transduit
Intégration de l'ADN
« viral » dans le
chromosome bactérien
 transfert de gène
stable et héritable
Infection
nouvel
hôte
Assemblage
nouveaux phages et
lyse de la cellule
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II- Mécanismes de transferts de gènes
d- Les transposons
 Ce sont des petits bouts d'ADN avec au moins 1 gène codant pour une enzyme, la
transposase, et des séquences d'insertion, insérés dans le génome hôte.
Parfois c'est tout (parasite ultime)!
Parfois, il y a d'autres gènes.
 Ces transposons sont capables de faire des copies
qui vont s'insérer dans d'autres morceaux d'ADN.
 Parasites d'Eucaryotes, de Procaryotes et même de Virus.
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II- Mécanismes de transferts de gènes
d- Les transposons
L’insertion au hasard dans le génome
 possibilité de "casser" un gène (= mutation),
ou transporter un morceau d'ADN de l'hôte d'un endroit vers un autre
Possibilité de de transfert :
d'un chromosome bactérien à un plasmide
d'un chromosome bactérien à un phage,
de plasmide à plasmide,
de plasmide à phage,
etc…
Ils peuvent donc permettre le transfert de gènes
entre bactéries (par les plasmides ou les phages).
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II- Mécanismes de transferts de gènes
 Ils existent de nombreuses voies pour le transfert de gènes chez les procaryotes. Du fait
de la rapidité de la multiplication de ces organismes, ces transferts peuvent se répandre
très vite.
 De nombreux procaryotes sont des pathogènes de l'homme, qui les combat avec des
antibiotiques.
 Certains plasmides sont porteurs d'un, voire de plusieurs gènes de résistance aux
antibiotiques qui peuvent très vite passer d'une bactérie à une autre (conjugaison), même
entre deux espèces différentes (transformation par des plasmides libérés dans le milieu)…
 Il n'y pas de sexe au sens strict, mais des transferts de gènes horizontaux  difficulté à
définir une espèce chez les procaryotes
 La génétique des Procaryotes est plus simple, mais du fait de ces transferts
horizontaux, leur phylogénie, et donc celle du début de la vie, est très complexe…
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