Transferts horizontaux et endosymbiose : exercices de Tle

Situation a : la bactérie transmet son génome à ses cellules-filles, donc d'un individu à ses descendants. C'est une transmission verticale.

Situation b : le fragment passe entre deux bactéries d'espèces différentes, sans lien parent-descendant. C'est un transfert horizontal de gènes.

Situation c : une cellule entière (la bactérie) est incorporée par endocytose dans une archée et y persiste. C'est le scénario de l'endosymbiose proposé par la théorie endosymbiotique.³

Situation d : les chromosomes passent des parents aux descendants par les gamètes. C'est une transmission verticale.

Les mitochondries et les chloroplastes disposent d'un patrimoine génétique qui leur est propre.³

Ils sont capables de se diviser indépendamment de la cellule.³ Ils sont donc dits semi-autonomes, ce qui les distingue d'un simple compartiment.

Ces deux caractéristiques sont les premiers éléments invoqués à l'appui de la théorie endosymbiotique.³

Interprétation : un organite qui possède son propre génome et se divise de façon indépendante se comporte comme un ancien organisme vivant autonome, ce qui est cohérent avec une origine par incorporation de bactéries.³

Pourcentage transféré au noyau : $\dfrac{900}{3000}\times 100 = 30\ \%$.

Gènes restés dans l'organite : $\dfrac{60}{3000}\times 100 = 2\ \%$.

Gènes disparus : $3000 - 60 - 900 = 2040$, soit $\dfrac{2040}{3000}\times 100 = 68\ \%$. Vérification : $30 + 2 + 68 = 100\ \%$.

Interprétation : on observe que des gènes du génome de l'organite se retrouvent dans le noyau, et que les organites ont des génomes inhabituellement petits par rapport à ceux des autres organismes. Cela renforce l'idée que la cellule hôte est devenue plus dépendante après la formation de l'endosymbiose.³

Les gènes mitochondriaux sont groupés avec ceux des Alphaproteobacteria, dont l'ordre des rickettsiales. Cela signifie que les mitochondries dérivent de bactéries de ce groupe.³

Les gènes nucléaires placés au même endroit de l'arbre sont des gènes d'origine mitochondriale, transférés au noyau pendant le processus d'endosymbiose.³

Réponse à la question 3 : l'arbre est un argument fort, mais il reste une interprétation des données. Aucune donnée isolée n'est une preuve absolue : c'est la convergence de plusieurs arguments qui a fait admettre la théorie endosymbiotique, face à l'hypothèse autogène selon laquelle le système endomembranaire et le cytosquelette seraient apparus de novo.³

Un bon argument ajoute d'autres indices : génome propre, division indépendante, génome réduit.³

Les gènes archéens viennent surtout de la cellule hôte, d'origine archéenne, par transmission verticale. Les gènes bactériens ont rejoint le génome nucléaire par des transferts horizontaux, en grande partie depuis les bactéries incorporées lors de l'endosymbiose.³

Rôle de l'endosymbiose : elle apporte au sein de la cellule hôte des bactéries incorporées, qui deviennent des organites.³

Rôle des transferts horizontaux : ils font passer des gènes de ces bactéries vers le noyau. L'endosymbiose s'apparente ainsi à un processus de domestication favorisé par ces transferts.³

Les deux notions sont liées mais distinctes : l'endosymbiose décrit l'incorporation d'une cellule entière qui devient durablement un organite, le transfert horizontal décrit le passage de gènes entre génomes. Le programme demande précisément de ne pas les confondre.¹

Apport de l'organite : selon la théorie, les bactéries incorporées avaient déjà des spécialisations, comme produire de l'ATP par la respiration (mitochondries) ou capter l'énergie lumineuse (chloroplastes). Ces facultés sont partagées avec la cellule hôte puis héritées.³

Évolution du lien : des protéines codées par des gènes du noyau sont importées dans l'organite, et les organites ont des génomes inhabituellement petits. Cela renforce l'idée d'une dépendance accrue de la cellule hôte après la formation de l'endosymbiose.³

Faits observés : l'import dans l'organite de protéines codées par des gènes nucléaires et la petite taille des génomes d'organites.³

Interprétation : cette configuration signifie que l'organite et la cellule se sont adaptés l'un à l'autre, et que leur relation est devenue durable et dépendante.

Rédaction possible : « Les organites ont apporté à la cellule hôte des capacités énergétiques. En retour, leurs génomes sont réduits et des gènes du noyau interviennent pour les organites. On interprète cela comme une dépendance accrue de la cellule hôte. L'endosymbiose a donc modifié le fonctionnement de la cellule, pas seulement son contenu. »