Sexualité et compatibilité.

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Sexualité et compatibilité.

Si la reproduction sexuée suppose la formation de gamètes des deux sexes, elle exige en outre la compatibilité : les gamètes mâles et femelles doivent avoir le pouvoir de s’unir.

I\ La différenciation sexuelle.

Elle est génotypique ; si à la méiose, une ségrégation est responsable de la formation en nombre égal de deux catégories de méiospores, on a alors 50% de mâles et 50% de femelles.
A contrario, s’il n’y a pas de ségrégation sexuelle méiotique, la manifestation de la sexualité sera beaucoup plus tardive et seulement d’ordre phénotypique. Cette différenciation s’établit sous l’influence de facteurs internes et externes. Ces deux possibilités se rencontrent chez les algues et chez les mycètes.
Cette présentation du déterminisme de la sexualité est simplifiée car il ne tient pas compte du phénomène de sexualité relative.
On a 4 types de gènes : masculinisant fort, masculinisant faible, féminisant et neutre, qui sont responsables de 4 catégories de thalles : Mâle fort, mâle faible, femelle forte, femelle faible. Si un gamète mâle faible se comporte comme un mâle avec les gamètes femelles (forte et faible), il peut se comporter comme un gamète femelle avec un mâle fort.
Quand les gamètes mâles et femelles arrivent à maturité en même temps sur un même thalle, celui-ci appartient à une espèce monoïque, ce qui n’implique pas forcément de reproduction monoïque (autofertilité ou autostérilité).
Si l’on a plusieurs thalles, on observe une interfertilité ou une interstérilité selon les cas. Pour les dioïques, le voisinage d’un thalle mâle et d’un thalle femelle mature, n’est pas suffisant pour qu’il y ait fécondation (il y a stérilité ou fertilité).


II\ Homothallisme et hétérothallisme.

A\ Homothallisme.

S’il y a incompatibilité, il existe, dans une espèce homothallique des thalles génétiquement différents.
Si l’espèce est monoïque, chaque thalle est autofertile mais l’interfertilité est possible avec les autres thalles.
Si l’espèce est dioïque, il faut deux thalles différents. Dans ce cas, tous les thalles mâles et femelles sont interfertiles.
Dans le cas des homothalliques, la recombinaison génétique est, sauf mutation, pratiquement nulle ou très faible pour les espèces monoïques. Si, chez des monoïques, les gamétocystes des deux sexes ne parviennent pas à maturité en même temps, l’autofertilité n’est plus que théorique, et l’interfertilité autorise dans ce cas, une certaine recombinaison génétique.
L’homothallisme se rencontre chez les algues et les mycètes. Toutefois les mycètes présentent plus souvent l’hétérothallisme.

B\ L’hétérothallisme.

On a un ou deux couples d’allèles qui sont responsables de la compatibilité et qui sont séparés pendant la méiose. Ce phénomène entraîne l’existence de deux catégories de thalles chez les monoïques (on parle d’hétérothallisme bipolaire)
Ces mêmes couples d’allèles entraînent l’existence de 4 catégories de thalles chez les dioïques (on parle d’hétérothallisme tétrapolaire).

1\ Hétérothallisme bipolaire.
Une espèce monoïque est représentée par deux sortes de thalles. Les uns donnent le type conjugal plus (+), les autres donnent le type conjugal moins (-). La fécondation ne peut se faire qu’entre gamètes complémentaires + et -. L’autostérilité est donc obligatoire.

2\ Hétérothallisme tétrapolaire.
Chez les dioïques, on a quatre catégories de thalles : les mâles +, les mâles -, les femelles +, les femelles -. L’interfertilité n’est réalisée qu’entre thalles de sexe et de type conjugaux différents. Si l'hétérothallisme tétrapolaire donne quatre types de thalles (A1B1, A1B2, A2B1, A2B2), on a interstérilité quand les thalles ne sont pas entièrement complémentaires et infertilités quand ils le sont.
La fécondation unie toujours les 4 allèles différents.

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BIOLOGIE VEGETALE

INTRODUCTION

I\ Les grands groupes et leur cycle.

On a deux grands règnes:
- les végétaux qui ont une paroi squelettique pectocellulosiaue, capables de réaliser la photosynthèse ( ils sont chlorophylliens et autotrophes). Ils sont en général immobiles car ils sont fixés au substrat (exception, les algues mobiles, …).
- Les animaux : paroi non squelettique, système vacuolaire réduit, et sont hétérotrophes.

Chez les végétaux, on a deux grands groupes :
- Les procaryotes : ce sont des organismes cellulaires dépourvus de noyau à tous les stades de leur cycle de développement (les virus sont exclus de cette définition car ils ne peuvent se multiplier de façon autonome ). L’ADN est présent à l’état diffus dans la cellule. Il n’y a jamais de véritable reproduction sexuée, ni de golgi, ni de réticulum endoplasmique.
On a trois principaux sous-groupes :
- les archéobactéries
- Les eubactéries
- Les cyanobactéries.

- Les eucaryotes : présence d’un noyau qui suivant le groupe peut-être entouré de 1 à 3 membranes. La cellule se multiplie par mitose. Ils ont une reproduction sexuée typique (zygote pendant le développement). Les cellules ont un réticulum, un golgi et des plastidomes (plastes).
On a deux principaux sous–groupes : les Thallophytes et les Cormophytes.

A\ Structure de l’appareil végétatif.

Les thallophytes ont un appareil végétatif simple donc : les thalles n’ont ni tige, ni feuille, ni racine, ni vaisseau conducteur. Leur taille est très variable : de 10µm à 30 m. Ils sont constitués soit par des cellules isolées, soit par des filaments simples ou ramifiés, eux-mêmes constitués par des cellules pluri ou mononucléées (cellule = article). Les plurinucléées peuvent constituer un siphon. On constate la présence de parenchyme, d’où le contact des cellules les unes aux autres.
Les cormophytes ont un cormus constitué par des rameaux feuillés et possèdent en principe des racines. Deux groupes parmi les cormophytes n’en ont pas : les bryophytes et les ptérydophytes. Ils ont tous des vaisseaux conducteurs.

B\ La reproduction sexuée.

1\ La formation des gamètes
Pour les thallophytes, les cellules reproductrices se forment dans le gamétocyste.
Chez les cormophytes, elles se forment dans le gamétange.
Le gamétocyste : il a un développement à partir d’une cellule mère mononucléée qui voit son noyau se diviser plusieurs fois. Ensuite, autour des noyaux, se forme un gamète. L’enveloppe est formée à partir de la paroi de la cellule mère.
Le gamétange : il a un développement à partir d’une cellule mère mononucléée. Les premières divisions isolent d'abord une cellule pour former ensuite une enveloppe constituée de une ou plusieurs assises de cellules et c’est seulement les cellules restantes qui donneront les gamètes.

2\ Les modes de fécondation.
Ils sont très variés chez les thallophytes :
- 2 gamètes mobiles : c’est la planogamie.
- oogamie quand le gamète femelle est immobile et que le gamète mâle est lui flagellé.
- cystogamie quand un des deux gamètes, ou que les deux gamètes ne sont plus individualisés

Chez les cormophytes : le gamète femelle est toujours immobile, le gamète mâle est beaucoup plus petit, cilié ou non (immobile ou non) : c’est la zoïdogamie (ou siphonogamie).

C\ La multiplication asexuée.

Elle est essentiellement réalisée par les spores.

Chez les thallophytes, les spores se différencient dans les sporocystes et dans les sporanges chez les cormophytes.

Chez les thallophytes : les spores proviennent d’une méiose (se sont des méiospores) ou d’une mitose (se sont des mitospores). Les spores sont à n ou 2n chromosomes.

Chez les cormophytes, les spores sont toujours issues d’une méiose.


Chez les eucaryotes végétaux, le cycle sexué comprend généralement deux phases successives (haploïde donne les gamétophytes et diploïde donne les sporophytes). Ces stades sont séparés par la fécondation et par la méiose (réduction chromatique).
Selon l’importance de l’un des deux stades, on observe trois cas différents :

- Le cycle haplodiplophasique :
réduction chromatique avec production de méiospores





Sporophyte à 2n Gamétophyte à n
----++-

Multiplication Reproduction asexuée à n
Asexuée à 2n




Sporophyte à 2n Fécondation avec gamètes mâle et femelle
C’est le cycle d’une espèce digénétique.





- Le cycle haplophasique :
fécondation zygote à 2n
R.C. Formation de méiospores






Méiospores à n





Gamétophyte à n
C’est le cycle d’une espèce monogénétique haploïde à une génération.

- Le cycle diplophasique :

R.C. Méiospores Fécondation

Zygote à 2n



Mitospores à 2n






Sporophyte à 2n


C’est le cycle d’une espèce monogénétique diploïde

Remarque : l’espèce est
- monoïque si les gamètes mâles et femelles sont sur le même individu
- dioïque si les deux types de gamètes sont sur des individus différents.

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LES BACTERIES.

On a deux grands groupes, les archéobactéries et les eubactéries.
La classification est basée sur des caractères génotypiques, sur la filiation évolutive (techniques de séquençage, types de parois, …). Par exemple, la paroi des archéobactéries ne renferme pas d’acide muramique qui est le composant typique des peptidoglycanes. Les lipides membranaires présentent des chaînes aliphatiques ramifiées, alors que chez les eubactéries, ces mêmes chaînes ne le sont pas. De plus, les archéobactéries possèdent des gènes discontinus.


I\ Les eubactéries.

A\ Morphologie des eubactéries.

Elles sont en général unicellulaires mais on les trouve parfois sous forme de colonies plus ou moins structurées. Les cellules sont soit sphériques : coccoïdes, soit en bâtonnets : bacillus.
L’enveloppe : c’est la membrane la plus interne, elle est cytoplasmique, rarement en contact avec le milieu externe dont elle est séparée par la paroi. Chez certaines espèces, la membrane cytoplasmique peut s’invaginer pour donner un empilement de membrane interne : le mésosome. Cela se retrouve particulièrement chez les bactéries photosynthétiques ou, chez les bactéries ayant des échanges gazeux importants.

La coloration de Gram permet de séparer les eubactéries en deux groupes : les g+ et les g-. Cette coloration est révélatrice d’une différence de structure de la paroi.
- Chez les g+, la membrane cytoplasmique est recouverte d’une zone épaisse de peptidoglycane qui enferme la cellule dans une coque relativement rigide et épaisse. Cette gangue est responsable de la forme cellulaire et est chargée de constituants secondaires comme l’acide teïchoïque.
- Chez les g-, la couche de peptidoglycanes est faible et est recouverte d’une seconde membrane externe de composition spéciale renfermant des LippoPolySaccharides (LPS). Entre la membrane interne et la membrane externe, se situe un espace étroit appelé le Périplasme où se situe le peptidoglycane.
Les bactéries s’entourent souvent d’une enveloppe supplémentaire plus ou moins structurée, parfois épaisse, appelée le Glycocalyx.


B\ Le génome.

Dans une bactérie, il est représenté par un double brin d’ADN circulaire. Le génome est parfois complété par des anneaux d’ADN supplémentaires plus petits : ce sont les plasmides. Ils offrent au monde bactérien des possibilités extraordinaires d’adaptation car ils sont souvent transmissibles d’une cellule à l’autre. Les bactéries échangent entre elles des portions de séquences d’ADN ou de plasmides qui peuvent s’intégrer complètement dans le génome de la bactérie receveuse.

C\ Les cils et les flagelles.

Ils sont comparables aux flagelles des cellules mobiles des algues. Ils sont constitués par un petit nombre de fibrilles et s’insèrent au niveau du plasmalème sur un blépharoblaste. La protéine constituant ces flagelles est élastique et contractile comme la myosine des muscles.

D\ La multiplication asexuée.

Les bactéries se divisent par scissiparité. La division cellulaire peut-être rapide (de 20 à 30 minutes), à partir d’une cellule, on peut en obtenir jusqu’à 10^9 en 24 heures. C’est un phénomène de parasexualité. Chez certaines bactéries, il existe des processus parasexués aboutissant à des recombinaisons génétiques voisines de celles résultant de la reproduction sexuée des eucaryotes.
On connaît trois processus : transformation, transduction, conjugaison qui ont des caractéristiques générales qui permettent de les distinguer de la reproduction sexuée des eucaryotes.
Chez ces derniers, la contribution des deux gamètes pour constituer le matériel génétique du zygote est symétrique. Un zygote diploïde redevient haploïde à la suite d’une méiose. Dans les processus parasexués, il n’y a pas de gamètes, mais deux cellules à rôle opposé : un parent donneur qui introduit dans l’autre parent (receveur ou accepteur), une partie de son matériel génétique et donne un mérozygote qui contient la totalité du matériel génétique de l’accepteur. Ce matériel génétique est appelé endogénote.
De plus, un ou plusieurs fragments d’ADN du donneur (exogénote) rentre dans ce nouveau matériel génétique mais les exogénotes sont incapables de se multiplier et finissent par disparaître. De temps en temps, l’exogénote peut s’intercaler avec la région homologue de l’ADN du receveur. Par la suite, des descendances du mérozygote vont apparaître et donneront des bactéries à matériel génétique recombiné. Toutefois, la majeure partie du génome provient du receveur.

1\ La transformation.
Exemple avec Streptococcus pneumoniae : Un échange génétique peut se produire, quand, dans un milieu de culture où se développe une population bactérienne avec un génotype donné, on introduit de l’ADN correspondant à un génotype différent. La transformation ne peut se produire que si les bactéries sont dans un état «compétent ».
Dans le cas de l’agent de la pneumonie (g+), l’état de compétence est conféré par un facteur de compétence (une protéine soluble de faible poids moléculaire, produite et excrétée par les bactéries dans le milieu de culture) qui est absorbé sur certains sites de la surface cellulaire. Ce facteur induit une cascade de réactions permettant l’entrée dans la cellule de l’ADN transformant.
Si l’ADN est originaire d’un organisme différent mais s’il présente suffisamment d’homologies avec celui de l’endogénote, il est intégré à ce dernier sous forme de courtes séquences. La bactérie réceptrice, en intégrant une partie de l’information génétique de l’ADN donneur, acquière donc, une ou plusieurs caractéristiques du donneur.


2\ La transduction.
Ce mécanisme de recombinaison génétique s’opère par l’intermédiaire d’un bactériophage. Il y a infection d’une bactérie par un virus (virion), qui se multiplie à l’intérieur et qui provoque sa destruction. Pendant cette multiplication, ce virus peut intégrer à son ADN une partie du génome de la cellule infectée. Au cours de l’infection d’une nouvelle bactérie, le virion introduit dans celle-ci, une séquence du génome de la cellule infectée précédemment. Ces virions sont appelés : « vecteur de transduction ».

3\ La conjugaison (sur Escherichia coli).
Une véritable différenciation de type sexuel existe. Deux bactéries entrent en contact par un pont cytoplasmique. La bactérie mâle est plus petite que la bactérie femelle (réceptrice). La bactérie mâle injecte un brin d’ADN représenté par un plasmide ou un chromosome.

Un trait dominant du monde bactérien est une grande variété et un important métabolisme. Les bactéries peuvent fixer l’azote atmosphérique.
Exemple : Des bactéries sont à l’origine du gaz naturel et de la houille. Elles ont donc un rôle fondamental. Sur l’Homme, elles peuvent avoir un rôle bénéfique ou pathogène.
Les bactéries peuvent être :
- aérobies strictes.
- aérobies facultatives (elles vivent avec ou sans oxygène).
- anaérobies strictes (elles vivent sans oxygène).
- anaérobies qui supportent la présence d ‘oxygène en faibles concentrations.

Les bactéries anaérobies sont les plus anciennes. Certaines bactéries, comme les végétaux, sont capables d’utiliser les radiations lumineuses comme source d’énergie. Ce sont des phototrophes, mais leurs pigments sont différents de ceux des végétaux. En général, la photosynthèse a lieu en milieu, à peu près, anaérobie.
Les bactéries qui effectuent toutes leurs synthèses à partir du CO2 comme seule source de carbone sont dites «photoautotrophes ».
D’autres bactéries vivent au dépend des composés organiques tout en continuant à utiliser l’énergie lumineuse. Ce sont les «photohétérotrophes ».
Des bactéries vertes utilisent le CO2 comme source de carbone et H2S comme source de pouvoir réducteur. Ces bactéries sont dites : « chimio-litho-hétérotrophes ».
è Les bactéries peuvent vivre partout.

Remarque : Les pigments permettant la photosynthèse sont les bactériophylles et les caroténoïdes.


II\ Les cyanobactéries.

C’est le deuxième grand groupe des procaryotes. On les appelle aussi cyanophycées ou blue-green algae.

A\ Généralités.
Les cyanobactéries n’ont pas de recombinaison génétique. Au niveau des pigments, on note la présence de chlorophylle A, ainsi que d’autres pigments : les billiprotéines qui sont solubles dans l’eau (exemple : la Phycoérythrine qui est rouge et la phycocyanine qui est bleue).
Au microscope, la cellule bactérienne apparaît souvent homogène car elle n’a pas de plastes individualisés. Toutefois, on arrive à distinguer une zone périphérique : le chromatoplasme, et une partie centrale : le centroplasme ou nucléoplasme. La cellule est entourée d’une paroi épaisse. Celle-ci est similaire à la paroi des gram-. Dans un certain nombre de genres, on note la présence d’une gaine. Celle-ci peut avoir une structure lamellaire très épaisse. Les cellules sont dans une sorte de gelée.

B\ Structure et fonctions.

1\Le chromatoplasma.
C’est une partie très colorée par les pigments. On y trouve des thylacoïdes (se sont des sacs aplatis sur lesquels est fixée la chlorophylle). Ils sont dispersés dans le centroplasme, mais ne sont jamais entouré de parois pour former des chloroplastes.
Le complexe pigmentaire. Il est constitué par la chlorophylle A qui est fixée sur les thylacoïdes, et par les caroténoïdes.
L’énergie lumineuse que peuvent capter les caroténoïdes est faible mais ils peuvent avoir un rôle écologique important car ils protègent contre une trop forte intensité lumineuse et empêchent donc la photo-inhibition.
Les billiprotéines sont des pigments, excellents capteurs de l’énergie lumineuse et la retransmettent presque à 100% à la chlorophylle. Ces billiprotéines donnent un avantage car la présence de ces deux pigments permet de capter tout le spectre de la lumière (entre 400 et 800 nm). Quand le milieu est carencé en azote, les cyanobactéries utilisent celui contenu dans les billiprotéines.

2\ Les inclusions cellulaires.
Les granules de carboxysome : elles sont le lieu de localisation des enzymes fixant le CO2 (Rubisco)
Les granules de polyphosphates (= la volutine). Ils sont métachromatiques (s’ils sont colorés par le bleu de méthylène ils seront rouges). Ils sont le lieu d’accumulation du phosphate. Ils sont utilisés quand le milieu extérieur est carencé en phosphate.
Les granules de cyanophycine. Ce sont des réserves d’azote qui peuvent être utilisées des deux côtés de la paroi cellulaire.
Ces granules se constituent quand le milieu est riche en un élément. C’est un avantage dans la compétition entre cellules. A partir de ses réserves, une cellule peut se multiplier 7 à 8 fois.

Chez les cyanobactéries planctoniques, on trouve très souvent des pseudo-vacuoles gazeuses (ce sont de petits cylindres creux, remplis d’air, leur diamètre est à peu près de 70 nm). Leur paroi est perméable à l’eau : c’est un espace creux en équilibre avec les gaz dissous dans le cytoplasme
Leur rôle est de permettre aux cyanobactéries de faire des migrations verticales soient journalières, soient, plus étalées dans le temps. Quand ces bactéries sont soumises à une trop faible intensité lumineuse, il y a multiplication des pseudo-vacuoles gazeuse : ce qui permet une remontée vers la surface.
è Donc : plus l’intensité lumineuse augmente, plus la pression osmotique augmente. On assiste donc a un collapsus ou dégonflement de ces vacuoles qui entraîne la descente des ces bactéries.
Le génome : Il est constitué de fibrilles d’ADN localisées dans le nucléoplasma.



3\ Cyanobactéries coloniales et multiplication asexuée.
Certaines cyanobactéries (coloniales) possèdent des cellules spéciales appelées «hétérocystes ». Ces cellules se distinguent par une couleur plus verdâtre, moins dense, avec une paroi plus épaisse et surtout avec à chaque extrémité, la présence d’un pore qui la met en contact avec les cellules contiguës du filament. Les hétérocystes perdent leur carboxysomes (et l’enzyme Rubisco [Ribulose 1,5 diphosphate carboxylase] qui fixe le CO2), et ne peuvent donc plus effectuer la photosynthèse, et ne peuvent en conséquence, plus rejeter d’oxygène.
Les hétérocystes sont considérés comme les cellules les plus aptes à fixer l’azote atmosphérique. Tout autour des hétérocystes, il n’y a pas d’oxygène, c’est ce qui permet un meilleur fonctionnement de la nitrogénase (c’est l’enzyme qui fixe l’azote).
En milieu anaérobie, toutes les cellules fixent l’azote atmosphérique. Les hétérocystes ont la faculté de produire des askinètes. Ce sont des spores de résistances : c’est une cellule normale qui grandit, se remplie de matière organique et se protège avec une épaisse membrane, puis se laisse tomber au fond du milieu, puis remontera plus tard pour recoloniser le milieu.
Remarque : il existe de vrais et de fausses ramification chez les cyanobactéries.
La multiplication asexuée : certaines formes de cyanobactéries forment des endospores ou nannocystes, d’autres forment des exospores. Beaucoup de cyanobactéries se multiplient grâce à des spores pluricellulaires qui sont appelés hormospores.
Trichomes
Cyanobactéries coloniales



Ecologie des cyanobactéries :
Elles sont rencontrées dans tous les milieux. Dans certains cas, elles ont un rôle utile, par exemple, dans certains cours d’eau, elles fixent l’azote et servent ainsi d’engrais naturel. Elles peuvent aussi avoir des effets négatifs : elles peuvent sécréter des toxines qui seront toxiques pour les autres habitants du milieu. Elles peuvent aussi être néfastes par leur nombre.

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SOMMAIRE

DU COURS

DE BIOLOGIE VEGETALE

SVI 03

Page 1 : Introduction à la biologie végétale

Page 4 : Chapitre 1 : Les Bactéries

Page 9 : Chapitre 2 : Sexualité et Compatibilité

Page 11 : Chapitre 3 : Les Algues

Page 18 : Les plantes supérieures, généralités

Page 19 : Chapitre 4 : Les Bryophytes

Page 23 : Chapitre 5 : Les Ptérydophytes

Page 27 : Chapitre 6 : Les Champignons

Page 34 : Les Phanérogames ou Spermaphytes

Page 34 : Chapitre 7 : Les Gymnospermes

Page 38 : Chapitre 8 : Les Angiospermes

Page 41 : Fin.

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Biologie moléculaire,
Chapitre 3 :

La régulation de la transcription.

La transcription est initiée en « +1 » car en amont, le promoteur est reconnu est c’est là où viennent s’installer des complexes d’initiation.
Pour réaliser cette transcription, une cellule va passer par diverses étapes.
La cellule reçoit des informations qui vont entraîner une régulation du génome et donner un système différencié.
Les informations du milieu extérieur vont être intégrées et donner des réponses adaptatives.
On trouve en nombre variable deux séquences portées par l’ADN, situées de part et d’autre du « point +1 » (surtout en amont ce point) : ce sont des séquences de régulation. On a des boites intriquées qui permettent la compétition des divers facteurs de régulation (+ ou -).


I\ Gènes dont la régulation est cycle cellulaire dépendante.

A\ Les gènes hormono-régulés.

Les cellules en arrêt de croissance (en phase G0), lorsqu’elles sont stimulées vont mettre en place un programme d’expression génique. Les stimulations peuvent être :
- du sérum,
- des facteurs de croissance (autocrine ou paracrine) : ces derniers sont indispensables mais ils peuvent être cancérigènes.
Le programme d’expression génique va entraîner une transcription précoce ou tardive.
Ces facteurs de croissance permettent de synchroniser une population cellulaire.
Les hormones stéroïdes reconnaissent des récepteurs intracellulaires. (cf. cours d’endocrinologie).

B\ Stratégie d’étude ; étude par transfection.

1\ Cas généraux.

Dans une cellule eucaryote, on fait entrer des plasmides ou des rétrovirus (infection).
Pour être transcrit, le plasmide doit pouvoir utiliser la machinerie de la cellule hôte.
Les promoteurs (eucaryotes) utilisés peuvent être :
- Fort : haute fréquence d’initiation. Ce sont des promoteurs viraux, de RSV-, CMV (cytomégalovirus), SV40 (virus à ADN qui infecte le singe).
- Faible : faible fréquence d’initiation. Tk, Proliférine.

Le promoteur est choisi en fonction de l’étude que l’on veut faire.
On peut faire fabriquer à des cellules eucaryotes, des produits bactériens (protéines d’intérêt).

Quand les gènes eucaryotes sont transcrits, ils donnent un pré-messager (un chacun) (quand il est transcrit par la polymérase II). Ce dernier est reconnu comme pré-messager et va subir une maturation. Ce messager est ensuite dirigé vers le cytoplasme pour permettre la synthèse de protéine.

è Il y a une relation entre la quantité de protéines produites et la quantité de transcription.

2\ Transfections réalisées.

a\ Transfection transitoire.

La cellule après la transcription, est utilisée dans un temps très court pour éviter l’intégration.


On utilise ce système pour étudier la régulation des promoteurs.
Le cDNA code pour un gène rapporteur (protéine facilement repérable, de procaryotes). On trouve :
- CAT : Chloramphénicol Acétyl Transférase (La CAT transforme le chloramphénicol en forme inactive).
- b-galactosidase.
- Luciférase.

On réalise un broyat cellulaire auquel on ajoute de l’acétate (sous forme d’ACo A) et du chloramphénicol. Si ce dernier est acétylé, c’est que l’enzyme est présente.

Une cellule eucaryote peut intégrer 1 à 50 plasmides. Attention, deux populations cellulaires peuvent intégrer un nombre différent de plasmides (le volume de synthèse sera différent). On ajoute donc un plasmide de contrôle ou un gène constitutif non régulé (comme la b-gal) dans le plasmide.
Pour obtenir le standard interne, on fait le rapport : Activité CAT/Activité b-gal.

Au bout d’un moment (72 heures), tous les plasmides non intégrés vont être dégradés. Il faut attendre entre 24 et 48 heures pour que le plasmide s’installe.
è On a donc entre 1 et 2 jours pour travailler.

b\ Transfections stables.

Il y a introduction définitive d’un gène (plasmide) dans le génome.
La fréquence de réussite est de 10-5 à 10-6.
Pour crible positif, on ajoute sur le plasmide, un gène de résistance à la néomycine (G418) et on réalise les cultures en présence de l’antibiotique spécifique.

3\ Les séquences reconnues par les récepteurs.

Ces séquences sont des séquences bipartites.
Ces séquences présentent des homologies (en rouge).

Sous forme de dimère, le récepteur reconnaît la séquence et selon celle-ci, il répresse ou active.


Les gènes responsables de la transformation des cellules sont des oncogènes : si le gène est (trop) stimulé, on arrive au stade de cellule cancéreuse.
A chaque oncogène viral (V-Fos) correspond un gène chez les mammifères : les proto-oncogènes (C-Fos). Ces derniers sont les gènes assurant la régulation du cycle et les effecteurs (réplication et transcription).

Exemple de la protéine Sarc :
Quand le Tyr-P (T-P sur le schéma) du dimère vient sur la protéine myristilée, il y a ouverture de l’enzyme et activation de celle-ci. Une mutation ponctuelle peut entraîner la forme virale, toujours ouverte.
La MAP-Kinase va phosphoryler ce qui est sur SRE (avant la tata box). Dès que le ligand se fixe, il y a endocytose du complexe è c’est une période réfractaire.
è C’est l’activation transitoire de la kinase.

D’une façon générale, la kinase et la phosphatase sont associées au site de phosphorylation. A t=x, si la phosphatase est plus active que la kinase, on obtient une protéine de phosphorylation (l’inverse est vrai).

Dans le noyau, une phosphatase est constitutive par un jeu de phosphorylation par la déphosphatase è On peut expliquer l’activation de C-Fos.

Remarque : L’activation de C-Fos est quasi immédiate. Ce système évite de synthétiser de nouvelles molécules. Il n’y a qu’à phosphoryler les protéines constitutives pour les activer. è C’est l’étape précoce.
Il y a ensuite synthèse d’AP1 qui va stimuler tous les gènes qui le reconnaissent. è C’est l’étape tardive de synthèse.
Il y a un point R (de restriction) entre les deux phases (précoce/tardive). Le passage de ce point permet la prolifération.

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Les génomes.

I\ Généralités.

On peut dire que l’on a du vivant quand une cellule peut donner deux cellules identiques de manière autonome.
L’information est l’ADN ; il doit être dupliqué ainsi que l’enveloppe (membrane + phospholipides). Doivent être synthétisées, des protéines pour la synthèse de l’enveloppe (phospholipides) et pour la synthèse de l’ADN (informations).

Le plus petit génome procaryote connu est composé de 2.106 pb. 260 gènes devraient être nécessaires pour le métabolisme de base.
Chez E. Coli, on trouve 4,2.106 pb, soit, 4800 gènes.
Lorsque la distance entre deux gènes est entre 4 et 5 acides nucléiques, on a une structure compacte
On peut aussi avoir des gènes polycistroniques.

A\ Les levures (eucaryotes).

Les levures ont un noyau et des organites. Les mitochondries vont fournir de l’ATP grâce à la respiration. Le génome mitochondrial est composé de 2.107 pb, soit, 6200 gènes. La levure a des chromosomes. Les procaryotes n’ont qu’une molécule d’ADN alors que les eucaryotes en ont plusieurs (chromosomes).

B\ La drosophile.

Le génome de la drosophile est constitué de 108 pb. Une cellule va donner des millions de cellules mais différenciées.

C\ Le génome humain.

Le génome humain est composé par 3.109 pb, soit, 50 000 gènes.

D\ Les batraciens.

Chez les batraciens, on trouve 1011 paires de bases.
E\ Les parasites.

Parmi les parasites, on trouve : les mycoplasmes (2.105 pb) et les phages (ex : le phagel de 50 000 pb).

1\ Les phages.

Une fois le phage dans la bactérie, selon l’espèce, il a différent devenir :
- L’ADN phagique peut s’insérer dans l’ADN bactérien.
- L’ADN va servir à produire du phage : à un faible niveau, il n’entraîne pas la mort de la bactérie ; à un haut niveau, il entraîne la mort de la bactérie.
2\ Les virus.

On trouve des virus à ADN ou à ARN. Les virus à ADN ont une taille variable comprise entre 4000 pb et 105 pb. Parmi les virus à ARN (rétrovirus), on trouve le HIV (14.103nt) et le virus de la grippe.

3\ Les plasmides.

Les plasmides sont de petites molécules d’ADN autonome qui vivent dans les bactéries. En général, on utilise des plasmides de l’ordre de 4000 pb. Il existe toutefois de plus gros plasmides qui peuvent aller jusqu’à 105 pb. Ils possèdent tous une séquence « Ori » qui leur permet une réplication autonome.
On a deux familles de plasmides en fonction « d’Ori » :
- de 3 à 5 copies par bactérie,
- plus de 100 copies par bactérie.
Les résistances aux antibiotiques sont dues aux plasmides (gènes de résistance).

F\ Temps de réplication et chromosome.

Chez E. Coli, le temps de génération est de 20 minutes (doublement de population). Pour une cellule eucaryote, une mitose a une durée comprise entre 20 et 24 heures.
La réplication du chromosome bactérien est bidirectionnelle avec une seule origine de réplication alors que chez les eucaryotes, il y a plusieurs « Ori » le long des chromosomes.
Chez les eucaryotes, centromère et télomères sont des séquences particulières. Les télomères sont reliés au vieillissement : ils forment un système de protection.

II\ Structure d’un gène.
A\ Chez les procaryotes.
Dans le cas d’un opéron, on a un même promoteur qui code pour plusieurs gènes collés

B\ Chez les eucaryotes.

On a essayé de directement travailler sur l’ARN. Pour visualiser cet ARN, on réalise un marquage in vivo par un précurseur radioactif (NTP). Le précurseur peut être du 32PO42- qui est incorporé dans les bases ou du 3H ou 14C qui marque les bases.

Un marquage court (15 minutes) est appelé un « pulse ». Le résultat du marquage est exprimé en fonction des fractions de gradient.

L’ARN synthétisé dans le noyau (grande taille) donne un ARN plus petit dans le cytoplasme (à cause de la maturation ou « processing »).

On isole les messagers sur une colonne d’oligodT cellulose (liaison des ARNm par leur queue polyA).
L’ARNr synthétisé pour le pré-rRNA est coupé par des RNAses spécialisées.

III\ La maturation des messagers.

Les globines et l’ovalbumine sont des messagers. Les premiers cDNA ont été réalisés sur ces molécules. On est allé chercher les gènes et on en a fait la carte de restriction mais on n’obtient rien de correct sans coupures ni ligations.

ON peut visualiser l’ADN double brin de ces molécules au microscope électronique par des dépôts d’ions métalliques.
Lorsque l’on hybride le gène « ova » et son cDNA, on obtient :

La structure est formée de parties conservées et de parties éliminées.
è Les gènes eucaryotes sont dits gènes mosaïques.

Chez la levure, 95% des gènes n’ont pas d’intron. Les 5% restant n’en ont qu’un.
Chez les mammifères supérieurs, 95% des gènes ont des introns (les histones n’ont pas d’introns). On distingue un groupe de gènes avec 3 à 5 introns (30 à 40%), un groupe avec 5 à 10 introns (2 à 30%) et un groupe de gènes de très grande taille pouvant avoir jusqu’à 60 introns.

Les maladies génétiques sont souvent dans les gènes de grande taille.

La taille moyenne d’un ARN est de 3000pb alors que celle d’un gène est de 9000pb. Les exons ont une taille moyenne autour de 400pb et les introns voient leur taille varier de 100pb à plusieurs milliers de paires de bases. Les séquences sans gène sur le chromosome représentent 105 à 106pb.
A\ Différences d’extrémités 5’ et 3’.

A partir d’un gène, on peut avoir plusieurs protéines.
· Le cas avec deux promoteurs (5’ est différent) :
On a un même gène avec deux extrémités 5’ différentes. Suivant de premier AUG, on a deux extrémités NH2 distinctes et donc, des signaux d’adressage différents.

· Le cas où 3’ est différente :
Pour aller chercher les exons en plus, on fait de la « marche sur le chromosome ».
On prend une sonde 5’ du premier cosmide. Si elle chevauche avec le cosmide portant E0, c’est gagné. On fait ça plusieurs fois, jusqu’à trouver le cosmide portant E0. On peut « marcher » en 54’ ou en 3’.

B\ Epissage alternatif.

Dans ce cas, on compare l’expression du même gène dans différents tissus. On obtient des ARNm distincts.
Dans ce cas, les extrémités NH2 et COOH sont identiques mais le milieu est différent.

Dans un cosmide, on va essayer d’aller attraper un exon E0. La technique utilisée est « l’exon trapping ». Pour cela, on va utiliser un vecteur eucaryote (souvent le virus SV40).
On rajoute sur le vecteur : un promoteur, un exon connu E1 et un autre E2, un terminateur et des sites de restriction connus.
La transfection donnera l’ensemble constitué de E1 et E2 ainsi que de la partie intermédiaire. L’épissage donnera E1-E2.

On va réaliser un northern avec les sondes (E1, E2 ou E1E2). On découpe ensuite le cosmide portant l’exon inconnu E0 en 10 fragments d’environ 4kb que l’on insère entre les exons E1 et E2.
Dans le complexe 10, on fait un northern avec E1E2.
La migration permet de récupérer l’exon inconnu. Il ne reste plus qu’à le séquencer.


IV\ Les familles de gènes.

A\ Les gènes globiques.

Ces gènes vont permettre la formation des tétramères de globine de Fe2+ (isolés par les biochimistes). Ces tétramères sont composés de 2 chaînes a et de deux b dans 95% des cas. Dans les 5% restant, on trouve deux chaînes a et deux d (d ne diffère de b que par quelques acides aminés).

Chez l’embryon, on trouve z2e2, z2g2, a2e2.
Chez le fœtus, on a : a2g2.
Chez l’adulte, il y a : a2b2 ou a2d2.

1\ Constitution des gènes de globines.

La thalassémie est une maladie génétique de globines.


y : ce sont des pseudo gènes. En réalité, c’est un cDNA qui s’est réinséré : on a E1E2E3 ; ils ne sont pas fonctionnels car ils n’ont pas de promoteur et portent des mutations.
Aux bornes des y, on trouve une séquence répétée directe (4 à 6nt).

2\ L’hybridation gène/cDNA.

A haute stringence, on obtient des hybrides parfaits (si 5 gènes).
A basse stringence, on a des hybrides non parfaits (si 50 gènes).

3\ Evolution moléculaire.

Les mutations sont des horloges moléculaires qui permettent de reconstituer un arbre phylogénétique. On devrait avoir un ancêtre commun pour a et b datant de 800 millions d’années.
Il y a 500 millions d’années, il y a duplication de gène : aàa + b.
Voilà 200 millions d’années, a est sur le chromosome 16 et b sur le 11.

4\ La thalassémie.

On a deux types : a et b, qui touchent leur gène respectif.

· b :
Mutation ponctuelle à non-sens à protéine incomplète.
Mutation ponctuelle des points d’épissage à traduction de l’intron à globine inactive.

· a :
Pertes de gènes : crossing over inégal :
à Individus avec un gène a manquant.
à Individus avec deux gènes amanquants.
à Individus sans gène aà mort à la naissance.

V\ Les rDNA (la famille).

Ces rDNA donnent des ARN de structure.

A\ Chez les procaryotes.

Chez E. coli, le gène codant rDNA est présent sept fois.
On trouve deux promoteurs è il y a une différence de la quantité transcrite.
Le précurseur est un rRNA qui après maturation donne la forme juste au dessus.
ARNr + »60 protéines è ribosomes.

B\ Chez l’Homme.
La partie de 5,8s correspond à l’extrémité 5’ du 23s (procaryote). Les tRNA ne sont plus présents.
Le 5,8s va s’associer au ribosome sauf chez les eucaryotes supérieurs où il sert à la régulation.
Ici, on a 280 copies de ce gène.

C\ Organisation.

Chez l’Homme, le gène fait 12000pb. Les copies sont disposées de la manière suivante :
On les trouve sous la forme d’une batterie d’une cinquantaine de gènes. En microscopie photonique, on voit des zones rétrécies sur les chromatides.
Ce sont les gènes les plus répétés.


VI\ Les Immunoglobulines.
Les immunoglobulines sont composées de deux parties : une partie constante (C-terminal) et une partie variable (NH2-terminal). Les Ig peuvent être ancrées à la membrane.

Tonegawa a donné la structure des Ig en travaillant à partir de mélanomes (un lymphocyte tumoral). Le lymphocyte produit dans ce cas une grande quantité d’anticorps du même type et 30% de ses mRNA produits sont utilisés à la synthèse d’IG.
Si l’on fait un southern génomique, les résultats sont in-interprétables.
Un southern de fibroblastes donne des résultats différents de ceux du mélanome.
Un southern de lymphocyte tumoral donne une organisation différente de celle d’un lymphocyte activé.

Les lymphocytes Lb/t non activés ont une organisation classique du génome Les activés subissent un réarrangement génomique
è C’est la chaîne l Quand un antigène est reconnu, il y a recombinaison. Par exemple :
Un brin se replie avec 19 appariements qui permettent la mise en contact de V35 et de J2. On obtient d’abord un pré-mARN puis un mARN.

Pour les « V », les signaux sont toujours e, 5’. Quand l’Ig est recombinée, la reconnaissance se fait de 5’ vers 3’.