De la diversification génétique à la diversification des êtres vivantsCours

Le vivant ne se diversifie pas seulement par les brassages inter et intrachromosomiques. De nouvelles espèces sont apparues par des hybridations suivies de polyploïdisations qui leur ont permis d'être fertiles. Les rétrovirus, par leurs infections, enrichissent les génomes des cellules infectées. Des mutations au sein de certains gènes, les gènes homéotiques, ou dans les séquences régulatrices qui hiérarchisent les génomes, entraînent de grandes modifications des organismes. Certains mécanismes de diversification du vivant n'ont rien à voir avec la génétique, c'est le cas des symbioses ou de la transmission des comportements chez certaines espèces.

I

Mécanismes de diversification du vivant avec modification du génome

A

Hybridation et polyploïdisation

Hybridation

L'hybridation est le croisement entre deux espèces. Elle peut être naturelle ou artificielle, et ne peut se produire qu'entre des espèces proches (avec un ancêtre commun récent).

L'hybridation est couramment utilisée dans l'agriculture pour l'obtention de variétés possédant des caractéristiques des deux espèces parentes.

L'hybridation est aussi possible entre un âne et une jument. Cette hybridation donne naissance à une mule.

Des exemples d'hybridation se sont produits dans l'histoire de certaines espèces, comme celle du blé tendre. Le blé tendre ou froment est une espèce à 28 chromosomes née de l'hybridation de deux espèces à 14 chromosomes :

  • Un gamète à 7 chromosomes (haploïde) d'une des espèces parentes féconde un second gamète à 7 chromosomes d'une autre espèce parente.
  • Le zygote possède donc 14 chromosomes. Mais ces chromosomes ne s'apparient pas en 7 paires d'homologues puisqu'ils proviennent d'espèces différentes. La méiose ne pouvant se réaliser, l'espèce obtenue par hybridation est donc haploïde au lieu de diploïde, par conséquent l'hybride est stérile.
  • Avant une division, une réplication se produit. Il y a alors 14 chromosomes bichromatidiens. Une anomalie telle que l'absence de cytodiérèse au cours de l'une des deux divisions de la méiose, mécanisme de la polyploïdisation, aboutit à des gamètes à 14 chromosomes fertiles. L'espèce peut se reproduire.

La polyploïdisation ne se produit pas seulement dans les gamètes. Elle peut se produire dans n'importe quelle cellule de l'organisme et chez toutes les espèces, par le phénomène d'endoréplication.

Polyploïdisation

La polyploïdisation est la multiplication du nombre de chromosomes par 2 ou plus, par endoréplication, transformant la ploïdie d'une cellule.

Une endoréplication dans une cellule humaine aboutirait à une cellule à 4n = 92 chromosomes, ce qui ferait passer la ploïdie de diploïde à tétraploïde.

Endoréplication

L'endoréplication est une réplication sans cytodiérèse. Il s'agit du mécanisme à l'origine des polyploïdisations.

Il s'est produit une endoréplication chez les hybrides stériles de blé tendre qui a permis la production de gamètes fertiles et ainsi l'apparition d'une nouvelle espèce.

Naissance d'une nouvelle espèce par hybridation et polyploïdisation

Naissance d'une nouvelle espèce par hybridation et polyploïdisation

B

Transfert horizontal de gènes par voie virale

Certains virus, appelés virus à ARN, ont un mode de réplication qui nécessite l'intégration du génome viral au génome de la cellule infectée. Cette intégration permet que l'ADN viral soit également répliqué au cours de la réplication de l'ADN de la cellule infectée.

Parfois le virus est inactif et la cellule conserve le génome viral. C'est ce qu'on appelle un transfert horizontal de gène. 

Transfert de gène par voie virale

Transfert de gène par voie virale

C

Les gènes de développement ou gènes homéotiques

Gènes homéotiques

Les gènes homéotiques sont les gènes qui définissent le plan d'organisation d'un embryon selon un axe dorso-ventral et antéro-postérieur.

Une duplication du gène codant la position d'une paire de pattes chez un être vivant entraînera la présence d'une paire de pattes supplémentaire.

Les gènes du développement ou gènes homéotiques sont des complexes de gènes présents chez pratiquement tous les êtres vivants. Ils définissent le plan d'organisation de l'organisme au stade embryonnaire.

Organisation des complexes de gènes homéotiques et leurs domaines d'expression

Organisation des complexes de gènes homéotiques et leurs domaines d'expression

Des mutations au sein de ces gènes peuvent modifier la chronologie ou l'intensité d'expression de ces derniers et entraîner de grands changements au niveau des organismes, ces mutations sont donc l'un des mécanismes importants de diversification du vivant.

L'importance de la hiérarchisation du génome :

Le génome n'est pas seulement un ensemble de gènes transcrits et traduits. Il est hiérarchisé grâce à des séquences régulatrices. Ces séquences permettent d'augmenter ou de diminuer l'expression des gènes. Il a été démontré que si l'on augmente l'expression du gène Hox D13, cela peut faire apparaître des pattes chez un poisson à la place de ses nageoires.

II

Mécanismes de diversification du vivant sans modification du génome

A

Diversification par des associations entre espèces

Le vivant ne se diversifie pas forcément par des modifications au sein des gènes. La symbiose est un exemple de cette diversification sans modification du génome.

Dans une symbiose, deux espèces s'associent pour partager des bénéfices mutuels. Le lichen est issu d'une symbiose : une algue unicellulaire qui apporte la matière organique au champignon qui lui-même apporte substances minérales et protection à l'algue. La symbiose permet la synthèse de nouvelles molécules, la création de nouvelles structures ou l'apparition de nouveaux comportements qui n'existaient chez aucun des deux individus.

Symbiose

Une symbiose est une association à bénéfices mutuels entre deux êtres vivants.

Le lichen est une symbiose entre une algue unicellulaire et un champignon.

B

Diversification par le comportement

Certaines espèces se diversifient également par la transmission des comportements :

  • Les chimpanzés apprennent à leurs petits l'utilisation d'outils et apprennent au contact les uns des autres de nouveaux comportements qui seront ainsi transmis.
  • Les oiseaux se transmettent leurs chants par apprentissage, par imitation, et non par voie génétique.
  • Les êtres humains se diversifient également grâce aux comportements : nous apprenons la parole, les conventions sociales, la maîtrise d'un travail, etc.

Questions fréquentes

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