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Mécanismes Générateurs de Biodiversité Génétique Transferts Horizontaux, Plasticité génomique, & Eléments Génétiques Mobiles. Sylvaine Renault UMR GICC Génétique, Immunothérapie, Chimie et Cancer Université François Rabelais-CNRS. Sources de Diversité. Mutations ponctuelles. Bactérie.

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slide1

Mécanismes Générateurs de Biodiversité GénétiqueTransferts Horizontaux,Plasticité génomique,& Eléments Génétiques Mobiles

Sylvaine Renault

UMR GICC Génétique, Immunothérapie, Chimie et Cancer

Université François Rabelais-CNRS

slide2

Sources de Diversité

Mutations ponctuelles

Bactérie

Recombinaison

« endogène »

Transfert

Horizontaux

Virus

Eucaryotes

Eléments

tranposables

Recombinaison

« parasitaire »

transferts horizontaux et plasticit g nomique
Transferts horizontaux et plasticité génomique
  • Les mécanismes de transfert
    • Chez les Bactéries
      • Mécanismes passifs
        • La transformation
      • Mécanismes actifs
        • La transduction
        • La conjugaison
    • Chez les Eucaryotes
      • Mécanismes passifs
        • L’endosymbiogenèse
        • Les infections virales
      • Mécanismes actifs
        • Les virus lysogéniques
        • Les transposons
m canismes actifs transduction1
Mécanismes actifs: Transduction

Transduction généralisée (phage T4)

Transduction spécialisée (phage )

slide7

Mécanismes actifs: Conjugaison

La machinerie nécessaire

slide9

Mécanismes actifs: Conjugaison

Facteur F + Chromosome ou plasmide

slide10

Conséquences des transferts horizontaux passifs et actifs chez les procaryotes

Point de vue de l’épidémiologiste

  • Evolution des résistances aux antibiotiques
  • Evolution de la pathogénicité

Problèmes d’outils d’analyse et de contrôle

slide12

Conséquences des transferts horizontaux passifs et actifs chez les procaryotes

Point de vue du scientifique et/ou du systématicien

  • Fort taux de transferts horizontaux = impossibilité de faire un phylogénie consistante des bactéries
  • + de 100 génomes séquencés = 440 ensembles de gènes

Aucune phylogénie ne confirme l’arbre obtenu avec l’ARN 26S

Programmes de séquençage des génomes révèlent que des grands blocs de plusieurs dizaines de kpb ont été transférés à plusieurs reprises entre bactéries d’origines différentes au cours de l’évolution.

Problème:

Mécanismes actifs ne permettent pas d’expliquer les observations

slide13

Mécanismes passifs? = Mécanismes pas si passifs

La transformation cellulaire est utilisée comme un mécanisme d’évolution chez les bactéries

  • Nesseria se transforme spontanément.
  • 30 à 80 récepteur attrapant spécifiquement de l’ADN et l’internalisant sont présents à la surface des bactéries du genre Streptococcus et Acinetobacter.
  • 1 mg d’ADN/g de sol dans les ecosystèmes émergés
  • 0,1 à 88 mg d’ADN/l dans les milieu aquatiques.

Ce mécanisme est en permanence soumis à une sélection de masse

slide14

Thomas & Nielsen (2005)

Mechanisms of, and barriers to horizontal transfer between bacteria.

Nature Rev Microbiol 3 : 711-721.

Gevers et al. (2005)

Re-evaluating prokaryotic species.

Nature Reviews 3 : 733-739.

Gogarten et al. (2005)

Horizontal gene transfer, genome innovation and evolution.

Nature Reviews 3 : 679-687.

transferts horizontaux
Transferts horizontaux
  • Les mécanismes de transfert
    • Chez les Bactéries
      • Mécanismes passifs
        • La transformation
      • Mécanismes actifs
        • La transduction
        • La conjugaison
    • Chez les Eucaryotes
      • Mécanismes « passifs »
        • L’endosymbiogenèse
        • Les infections virales
      • Mécanismes actifs
        • Les virus lysogéniques
        • Les transposons
slide16

Mécanismes « passifs »: L’endosymbiogenèse

Gradient des relations parasitaires

Parasites

Pathogènes

létaux

Organisme

Endosymbiogénétiques

(organelle)

Organismes

Endosymbiogénétiques

(organelle)

Parasites

Pathogènes

Non-létaux

EndoSymbiotes

Parasites

latents

Symbiotes

Mutualistes

slide17

Lynn Margulis(lmargulis@nsm.umass.edu)

Microbial Evolution and Organelle Heredity

University of Massachusetts

Department of Geosciences

Morrill Science Center

611 North Pleasant Street

Amherst MA 01003-9297

m canismes passifs endosymbiose et origine des plastes

Eucaryote

hétérotrophe

N

Dinoflagellés

Euglenophytes

Hétérocontes

Haptophytes

Cyanobactérie

Nucléomorphe

Endosymbiose

primaire

?

Endosymbiose

secondaire

N

Eucaryote

hétérotrophe

Plaste simple

(2 membranes)

Mécanismes « passifs » :Endosymbiose et origine des plastes

Plastes complexes

(3 / 4 membranes)

Cryptophytes

Chlorarachniophytes

Chlorobiontes

Rhodobiontes

ultrastructure d une cellule d embryophyte

paroi

chloroplaste

vacuole

méat

Ultrastructure d’une cellule d ’Embryophyte

D'après Ledbetter & Porter, 1970

m canismes passifs transferts d information g n tiques

Eucaryote

hétérotrophe

N

Dinoflagellés

Euglenophytes

Hétérocontes

Haptophytes

Cyanobactérie

Nucléomorphe

Endosymbiose

primaire

?

Endosymbiose

secondaire

N

Eucaryote

hétérotrophe

Plaste simple

(2 membranes)

Mécanismes « passifs » : Transferts d’information génétiques

Plastes complexes

(3 / 4 membranes)

Cryptophytes

Chlorarachniophytes

Chlorobiontes

Rhodobiontes

slide21

Transferts d’information

des « bactéries » vers noyau

DNA

Chloroplast 121 kilobases

Nucleomorph 551

Nucleus ~350,000Kb

Mitochondrion 48

Douglas, S. et al. 2002. The highly reduced genome of an enslaved algal nucleus. Nature 410:1091-1096

(image provided by Tieng Ho, Bios 336 report, Spring 2002)

slide22

Exemples les plus connus:

L’endosymbiogenèse a permis le passage du procaryote à l’eucaryote

      • Les mitochondries
      • Les plastes
          • Chloroplastes
          • Amyloplastes
metazoan phyla that may use algal endosymbionts for energy
Metazoan phyla that may use algal endosymbionts for energy
  • Porifera: Sponges -- Nitzschia (a Bacillariophyte)
  • Cnidaria:
    • Hydrozoa (Jellyfish)
    • Anthozoa (corals)
  • Platyhelminthes (flatworms, e.g. Planaria)
  • Mollusca: Clams, snails
slide26

egg

Ex.3: Polydnavirus = Suppresson

slide27

egg

1. recognition as foreign material

2. egg encapsulation

slide28

1.venom.

2. ovarial

secretions.

oeuf

+

3. virus.

- host defense system.

- development.

- metabolism

slide29

- host defense system.

- development.

- metabolism.

slide30

Le génome du polydnavirus est-il intégré dans le génome de la guêpe ?

intégration ?

Chromosomes de la guêpe

Génome viral

slide31

Y a t-il des phénomènes d’évolution par endosymbiogenèse qui se développent actuellement ou, est ce un phénomène dont les effets ont été limités aux époques précoces de la différenciation de la vie?

slide32

Les symbioses actuelles peuvent à tout moment virer vers l’endosymbiogenèse

(problème de contraintes sélectives dans l’environnement)

      • Symbiotes endocellulaires végétaux dénitrifiants chez les invertébrés aquatiques
      • Embiosymbiotes d’origine bactérienne qui intervienne dans l’expression de la pathogénicité de certains invertébrés pathogènes de vertébrés (ex: Wolbachia B. Malayi chez Brugia Malayi)
      • Embiosymbiotes d’origine bactérienne qui interviennent dans la régulation hormonale et la différenciation sexuelle
          • Invertébrés (Wolbachia et Rickettsia)
          • Vertébrés à sang froid (bacille de Koch)
slide33

Mécanismes « passifs »: les infections virales

Présence de nombreux fragments d’origine virale dans le génome des eucaryotes résultant d’intégration par recombinaison au hasard.

Ex: Mammifères

Fragments d’herpès, de pox, etc.