Qu’est ce qu’un transfert horizontal de gènes ?

Par opposition au le transfert vertical, le transfert horizontal de gènes (aussi appelé transfert latéral de gènes) est un processus dans lequel un organisme intègre du matériel génétique provenant d’un autre organisme sans en être le descendant. Ces échanges pourraient permettre à des populations comme certaines bactéries de s’adapter aux changements du milieu grâce à une dissémination rapide de caractères nouveaux.

Il a été décrit pour la première fois en 1959 dans une publication japonaise démontrant l’existence du transfert de la résistance aux antibiotiques entre différentes espèces de bactéries.

Comment se fait ce transfert ?

Il existe trois mécanismes principaux pour expliquer les transferts horizontaux entre organismes :

• Transformation
• Conjugaison
• Transduction

1- Transformation

La transformation est le mécanisme le plus simple. Dans le milieu extérieur d’un organisme se trouve de l’ADN libre qui résulte en général de la mort d’un organisme. Cet ADN libre peut être intégré à l’intérieur d’une cellule particulière puis intégré au génome de cette dernière, ce qui peut entrainer une modification héréditaire du phénotype de l’organisme receveur. Les transformations génétiques peuvent se produire naturellement, elles causent des recombinaisons génétiques et l’apparition de nouveautés dans le génome, ce qui constitue un facteur d’évolution des espèces.

2- Conjugaison

Le second mécanisme est celui de la conjugaison où les organismes ont mis au point un système leur permettant de s’échanger du matériel génétique, en particulier des plasmides. Elle consiste en une transmission de plasmides de conjugaison d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse et potentiellement, son intégration dans le génome de celle-ci. Ce mécanisme est particulièrement important à l’intérieur d’une même espèce, mais le phénomène de conjugaison peut également avoir lieu entre des organismes qui ne font pas partie de la même espèce.

3- Transduction

Le dernier mécanisme est le mécanisme de transduction, où l’ADN est transféré d’une espèce à une autre via des virus ou des phages. Certains types de virus sont des organismes capables d’intégrer leurs matériels génétiques dans une hôte et se servir du génome de l’hôte pour donner naissance à de nouvelles particules virales. Ils peuvent, par ailleurs, amener par erreur une partie du matériel génétique de l’hôte et comme ces organismes n’ont pas une spécificité d’hôte très importante, ils sont capables de passer d’une espèce à une autre et donc de transférer du matériel génétique par erreur d’une espèce à une autre.

Ces mécanismes sont très fréquents chez les procaryotes et génèrent l’échange de beaucoup de matériel génétique. Néanmoins, ce matériel génétique n’est pas forcément conservé par l’organisme suite à un transfert horizontal. Il faut que le matériel génétique, le gène ou le complexe de gènes transférés horizontalement soit avantageux à l’organisme. Dans la plupart des cas, suite à un transfert horizontal de matériel génétique d’une espèce à l’autre, l’ADN correspondant ne va pas procurer d’avantage sélectif. Par conséquent, sans une nouvelle fonction ou une résistance aux antibiotiques, l’ADN va être très fermée parce qu’il y aura des délétions qui vont s’y produire. Suite à cela, le transfert horizontal n’aboutira pas sur quelque chose dans la plupart des cas. Dans d’autres cas plutôt rares, il y aura acquisition grâce à un gène transféré horizontalement d’une nouvelle fonction ou d’une résistance aux antibiotiques. Dans ces cas-là, le gène transféré est conservé dans la population parce qu’il y a un avantage sélectif.

 Quelques exemples des transferts horizontaux ?

Un exemple est l’algue rouge du genre Porphyra, est une algue comestible qui entre dans la préparation des sushis et des makis. Les Japonais sont de grands consommateurs d’algues depuis très longtemps, ils parviennent à digérer facilement contrairement aux occidentaux.Ces algues contiennent dans leur paroi des glucides complexes appelés porphyranes qui ne sont dégradés par des protéines appelées porphyranases.Ces molécules absentes dans les cellules humaines sont présentes dans de nombreuses bactéries marines notamment chez Zobellia galactanivorans. Ils ont hérités par transfert horizontal des gènes bactériens marins (Zobellia galactanivorans) vers le génome des bactéries de la microflore intestinale (Bactéroides plebeius). Alors, les Japonais possèdent toute la machinerie génétique nécessaire à la dégradation et à la métabolisation complète du polysaccharide de la paroi de l’algue, le porphyrane. Ce qui leur confère la capacité à digérer les algues contrairement aux autres populations. 

D’autre étude montre que le placenta s’est mis en place suite à un transfert horizontal d’un gène viral la syncitine. Les syncytines sont des protéines qui jouent un rôle important dans le développement du placenta et qui sont mises en évidence chez les mammifères : primates, rongeurs, lagomorphes, carnivores et grands ruminants. Elles permettent le développement du syncytiotrophoblaste. Une Comparaison d’une partie de la séquence de la protéine syncitine humaine et la protéine de l’enveloppe d’un virus MPMV infectant les Primates montre une ressemblance supérieure de 80 % entre les deux protéines. Alors, le gène de la syncitine humaine et le gène viral ont une origine commune. On peut supposer que le gène de la syncityne humaine dériverait d’un gène viral s’étant inséré dans le génome des Primates par transfert horizontal.

On connaît de multiples exemples de transferts horizontaux de gènes entre espèces. Chez la mousse, Physcomitrella patens, plus de 50 événements sont documentés au cours des derniers 500 millions d’années. Amborella trichopoda (considérée comme l’ancêtre des plantes à fleurs) a acquis des centaines de gènes provenant de diverses mousses et dicotylédones, en particulier des séquences mitochondriales. Le Striga a acquis des gènes du sorgho qu’il parasite. De même la plante parasite du genre Rafflesia a acquis et exprime plusieurs dizaines de gènes de son hôte, la liane indonésienne du genre Tetrastigma.

En effet on peut en conclure que les transferts horizontaux des gènes sont des événements rares, mais à l’échelle de la vie ont eu lieu à de nombreuses reprises.

 

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