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 ? Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne 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 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 ? II. Mécanismes de transfert de gènes Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne 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) Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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) Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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. Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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- Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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- Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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). Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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. Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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 Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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. Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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). Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne Chap1-4 : Génétique et Procaryotes 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… Année 2014-15 HLBE605 Bases Génétiques de l’Evolution Chap1 Rappels de Génétique Mendélienne
