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Œuf de grenouille Xenopus laevis

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Présentation au sujet: "Œuf de grenouille Xenopus laevis"— Transcription de la présentation:

1 Œuf de grenouille Xenopus laevis
Cellules et Génomes Œuf de grenouille Xenopus laevis

2 Plan I - Caractéristiques communes universelles à toutes les cellules
II - Diversité des cellules III - Tentative de compréhension cohérente de toutes les formes de vie à partir du code commun à tous les organismes vivants

3 II - La diversité des génomes et l'arbre de vie
Lundi 9 octobre 2006 II - La diversité des génomes et l'arbre de vie ADN, ARN, Protéines se retrouvent les océans, les continents, la croûte terrestre le fond des océans, les volcans, l'antartic, en général microscopique la richesse en O2, le charbon, le pétrole, les falaises, les mines… en résultent On n'est pas habitué à ce monde Beaucoup de points communs (cf. I) Essai de catalogue et de hiérarchisation de la diversité

4 Les différentes sources d'énergie libre des cellules
Organotrophiques aux dépends d'autre organismes vivants ou de leurs produits (animaux, champignons, bactéries… ) Non organotrophiques : aux dépends du monde non vivant phototrophique : énergie lumineuse bactéries, algues, plantes, produisent de l'oxygène lithotrophique : environnement chimique inorganique (peu visibles sur la planète) aérobiques anaérobiques fournissent l'énergie aux organotrophiques

5 Les cheminées hydrothermiques
Exemple le plus frappant de site de litho trophes sans oxygène Fond du Pacifique et de l'Atlantique palourdes, moules, verts marins géants

6 Géologie d'une cheminée hydrothermique au fond de l'océan
Fig 1-15

7 Lundi 9 octobre 2006 Steady venting from black smoker vents generates hydrothermal plumes that rise typically meters above the seafloor. Event plumes associated with volcanic activity are much larger and rise higher in the water column. PMEL has designed instruments to monitor hydrothermal plumes and midocean ridge volcanic and tectonic processes.

8 Pipe Organ vent chimney cluster on the Northern Cleft segment of Juan de Fuca Ridge during ALVIN dive number 2437 in Photo from the ALVIN bow camera Lundi 9 octobre 2006 Pipe Organ vent chimney cluster on the Northern Cleft segment of Juan de Fuca Ridge during ALVIN dive number 2437 in Photo from the ALVIN bow camera.

9 Black smoker vents on Monolith chimney at Northern Cleft in 1991
Lundi 9 octobre 2006 Black smoker vents on Monolith chimney at Northern Cleft in 1991

10 Marker 6 at Tripod diffuse vent (maximum temperature 60°C) on Northern Cleft Segment in Bright white bacterial mats line cracks in basaltic sheet flow. Vent fluids were below seawater chlorinity Lundi 9 octobre 2006 1988 Marker 6 at Tripod diffuse vent (maximum temperature 60°C) on Northern Cleft Segment in Bright white bacterial mats line cracks in basaltic sheet flow. Vent fluids were below seawater chlorinity

11 Lundi 9 octobre 2006 Vent fluid chemistry changed dramatically from 1988 to 1990 1992 Marker 6 diffuse vent in By , a blanket of hydrothermal sediment several cm thick covered the area that looked very fresh in Vent fluid chemistry changed dramatically from 1988 to 1990.

12 A lobe of pillow basalt collected from the CoAxial segment lava flow that occurred in June/July This sample was collected from ALVIN in October 1993, and shows red/orange iron-rich alteration where the glass has broken away. Halite (NaCl) crusts were seen on cavity surfaces of similar samples Lundi 9 octobre 2006 A lobe of pillow basalt collected from the CoAxial segment lava flow that occurred in June/July This sample was collected from ALVIN in October 1993, and shows red/orange iron-rich alteration where the glass has broken away. Halite (NaCl) crusts were seen on cavity surfaces of similar samples

13 Multiple black smoker vents at the "RM29" site at 18°10'S on the Southern East Pacific Rise. Photo taken in November 1994 from the Japanese submersible Shinkai 6500 Lundi 9 octobre 2006 Multiple black smoker vents at the "RM29" site at 18°10'S on the Southern East Pacific Rise. Photo taken in November 1994 from the Japanese submersible Shinkai 6500

14 Organismes vivants aux abords d'une cheminée hydrothermique
Fig 1-16

15 Viperfish Viperfish

16 Certaines cellules fixent du -N et CO2 pour d'autres
Une cellule a besoin de 6 éléments : H, C, O, N, S, P. Dans l'atmosphère il y a beaucoup de N2 et CO2 mais aréactifs Nous utilisons les plantes pour nous fournir du -C et du -N utilisable Les plantes dépendent de bactéries Grosses différences dans le mode d'utilisation des composants biochimiques Parfois même il y a fusion totale

17 Procaryotes, modèles de diversité biochimique
Eucaryotes présence de noyau plantes, champignons, animaux Procaryotes absence de noyau bactéries petits, simples et le plus souvent unicellulaires

18 Forme et taille de quelques bactéries
Fig 1-17

19 Fig 1-18(A) Vibrio cholerae (bactérie) paroi épaisse
pas grand chose en ME Fig 1-18(A)

20 Escherichia Coli (comme Vibrio cholerae mais sans flagelle)
Fig 1-18(B)

21 Les procaryotes Grande variété de niches écologiques
Lundi 9 octobre 2006 Les procaryotes Grande variété de niches écologiques Grandes potentialités biochimiques Organotrophiques  tout type de nourriture Phototrophiques : fournissent de l'O2 au passage ou non eg : Anabaena cylindrica #3p16

22 Lundi 9 octobre 2006 Anabaena cylindrica bactérie phototrophe en microscopie optique. Les cellules forment un long filament multi cellulaire V  photosynthèse H  fixation de l'azote S  se développe en spores #3p17 Fig 1-19

23 Fig 1-20 Beggiatoa Bactérie lithotrophe
Lundi 9 octobre 2006 Beggiatoa Bactérie lithotrophe Prend son énergie en oxydant H2S Peut fixer le carbone dans le noir Dépôts jaunes de sulfure dans la cellule Fig 1-20 #3p17

24 Lundi 9 octobre 2006 Beggiatoa Bactérie #3p17

25 Le monde procaryote Complètement inexploré
Lundi 9 octobre 2006 Le monde procaryote Complètement inexploré Pas cultivable avec les milieux traditionnels de la bactériologie 99% sont inconnus #3p17

26 Les trois embranchements du monde vivant
Lundi 9 octobre 2006 Les trois embranchements du monde vivant Classification morphologique poisson, ver, aubépine, pommier,  ancêtre commun  arbre Insuffisance de la morphologie  classification biochimique des procaryotes  classification génomique : précis  deux groupes chez les procaryotes bactéries (=eubactéries) archae (=archaebactéries) #4p17

27 Fig 1-21 Les trois grands domaines du monde vivant #3p18 Procaryotes
Lundi 9 octobre 2006 Les trois grands domaines du monde vivant Procaryotes Fig 1-21 #3p18

28 Archae (= archaebactéries)
Lundi 9 octobre 2006 Archae (= archaebactéries) Au départ environnements (marécages, fermes, océans, lacs salés, pluies acides… ) Actuellement beaucoup dans des sites communs ressemblent beaucoup aux eucaryotes (réplication, transcription, traduction… ) ressemblent beaucoup aux eubactéries (métabolisme, énergie… ) #3p18

29 Évolution du génome Mutations Au total Mieux  rare  sera perpétué
Lundi 9 octobre 2006 Évolution du génome Mutations Mieux  rare  sera perpétué Pas de différence  probable  sélection naturelle (sera perpétuée ou pas) Grave lésion  fréquent  pas de descendance Au total l'organisme évolue survie en fonction de l'environnement reproduction satisfaisante #5p18

30 Évolution du génome ADN non codant sans rôle régulateur  modifications libres ADN codant pour une protéine essentielle  la cellule mutante est éliminée  le gène est conservé dans son état initial On retrouve les gènes conservés dans toutes les espèces On utilise ces gènes pour suivre les espèces

31 Methanococcus jannashii : archaea
Un exemple : gène 16S d'ARN ribosomal (1500 nucléotides) Conservation de l'information génétique depuis le début de la vie Fig 1-22 Methanococcus jannashii : archaea

32 Les génomes connus Bactéries et archae
petite taille (augmentation du rapport surface/volume  ingestion des nutriments augmentée) peu de superflu génome entre 1 et 10 millions de pb 1000 à 4000 gènes Par comparaison on recherche l'ancêtre commun

33 Génomes ayant été totalement séquencés
Eubactéries Table I-1

34 Génomes ayant été totalement séquencés
Archae Table I-1

35 Table I-1 Génomes ayant été totalement séquencés Eucaryotes

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41 Complete List of Organims
Gallus gallus Geobacter sulfurreducens Gloeobacter violaceus Guillardia theta Haemophilus ducreyi Haemophilus influenzae Halobacterium Helicobacter hepaticus Helicobacter pylori Homo sapiens Kluyveromyces waltii Lactobacillus johnsonii Lactobacillus plantarum Legionella pneumophila Leifsonia xyli Lactococcus lactis Leptospira interrogans Listeria innocua Listeria monocytogenes Magnaporthe grisea Mannheimia succiniciproducens Mesoplasma florum Mesorhizobium loti Methanobacterium thermoautotrophicum Methanococcoides burtonii Methanococcus jannaschii Methanococcus maripaludis Methanogenium frigidum Methanopyrus kandleri Methanosarcina acetivorans Methanosarcina mazei Methylococcus capsulatus Mus musculus Mycobacterium bovis Mycobacterium leprae Mycobacterium paratuberculosis Mycobacterium tuberculosis Mycoplasma gallisepticum Mycoplasma genitalium Mycoplasma mycoides Mycoplasma penetrans Mycoplasma pneumoniae Mycoplasma pulmonis Mycoplasma mobile Nanoarchaeum equitans Neisseria meningitidis Neurospora crassa Nitrosomonas europaea Nocardia farcinica Oceanobacillus iheyensis Onions yellows phytoplasma Oryza sativa Pan troglodytes Pasteurella multocida Phanerochaete chrysosporium Photorhabdus luminescens Picrophilus torridus Plasmodium falciparum Plasmodium yoelii yoelii Populus trichocarpa Porphyromonas gingivalis Prochlorococcus marinus Propionibacterium acnes Protochlamydia amoebophila Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Pseudomonas syringae Pyrobaculum aerophilum Pyrococcus abyssi Pyrococcus furiosus Pyrococcus horikoshii Pyrolobus fumarii Ralstonia solanacearum Rattus norvegicus Rhodopirellula baltica Rhodopseudomonas palustris Rickettsia conorii Rickettsia typhi Rickettsia prowazekii Rickettsia sibirica Saccharomyces cerevisiae Saccharopolyspora erythraea Salmonella enterica Salmonella typhimurium Schizosaccharomyces pombe Shewanella oneidensis Shigella flexneria Sinorhizobium meliloti Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis Streptococcus agalactiae Streptococcus mutans Streptococcus pneumoniae Streptococcus pyogenes Streptococcus thermophilus Streptomyces avermitilis Streptomyces coelicolor Sulfolobus solfataricus Sulfolobus tokodaii Synechococcus Synechocystis Takifugu rubripes Tetraodon nigroviridis Thalassiosira pseudonana Thermoanaerobacter tengcongensis Thermoplasma acidophilum Thermoplasma volcanium Thermosynechococcus elongatus Thermotagoa maritima Thermus thermophilus Treponema denticola Treponema pallidum Tropheryma whipplei Ureaplasma urealyticum Vibrio cholerae Vibrio parahaemolyticus Vibrio vulnificus Wigglesworthia glossinidia Wolbachia pipientis Wolinella succinogenes Xanthomonas axonopodis Xanthomonas campestris Xylella fastidiosa Yarrowia lipolytica Yersinia pseudotuberculosis Yersinia pestis Aeropyrum pernix Agrobacterium tumefaciens Anabaena Anopheles gambiae Apis mellifera Aquifex aeolicus Arabidopsis thaliana Archaeoglobus fulgidus Ashbya gossypii Bacillus anthracis Bacillus cereus Bacillus halodurans Bacillus licheniformis Bacillus subtilis Bacteroides fragilis Bacteroides thetaiotaomicron Bartonella henselae Bartonella quintana Bdellovibrio bacteriovorus Bifidobacterium longum Blochmannia floridanus Bordetella bronchiseptica Bordetella parapertussis Bordetella pertussis Borrelia burgdorferi Bradyrhizobium japonicum Brucella melitensis Brucella suis Buchnera aphidicola Burkholderia mallei Burkholderia pseudomallei Caenorhabditis briggsae Caenorhabditis elegans Campylobacter jejuni Candida glabrata Canis familiaris Caulobacter crescentus Chlamydia muridarum Chlamydia trachomatis Chlamydophila caviae Chlamydophila pneumoniae Chlorobium tepidum Chromobacterium violaceum Ciona intestinalis Clostridium acetobutylicum Clostridium perfringens Clostridium tetani Corynebacterium diphtheriae Corynebacterium efficiens Coxiella burnetii Cryptosporidium hominis Cryptosporidium parvum Cyanidioschyzon merolae Debaryomyces hansenii Deinococcus radiodurans Desulfotalea psychrophila Desulfovibrio vulgaris Drosophila melanogaster Encephalitozoon cuniculi Enterococcus faecalis Erwinia carotovora Escherichia coli Fusobacterium nucleatum

42 Complete List of Organims
Aeropyrum pernix Agrobacterium tumefaciens Anabaena Anopheles gambiae Apis mellifera Aquifex aeolicus Arabidopsis thaliana Archaeoglobus fulgidus Ashbya gossypii Bacillus anthracis Bacillus cereus Bacillus halodurans Bacillus licheniformis Bacillus subtilis Bacteroides fragilis Bacteroides thetaiotaomicron Bartonella henselae Bartonella quintana Bdellovibrio bacteriovorus Bifidobacterium longum Blochmannia floridanus Bordetella bronchiseptica Bordetella parapertussis Bordetella pertussis Borrelia burgdorferi Bradyrhizobium japonicum Brucella melitensis Brucella suis Buchnera aphidicola Burkholderia mallei Burkholderia pseudomallei Caenorhabditis briggsae Caenorhabditis elegans Campylobacter jejuni Candida glabrata Canis familiaris Caulobacter crescentus Chlamydia muridarum Chlamydia trachomatis Chlamydophila caviae Chlamydophila pneumoniae Chlorobium tepidum Chromobacterium violaceum Ciona intestinalis Clostridium acetobutylicum Clostridium perfringens Clostridium tetani Corynebacterium diphtheriae Corynebacterium efficiens Coxiella burnetii Cryptosporidium hominis Cryptosporidium parvum Cyanidioschyzon merolae Debaryomyces hansenii Deinococcus radiodurans Desulfotalea psychrophila Desulfovibrio vulgaris Drosophila melanogaster Encephalitozoon cuniculi Enterococcus faecalis Erwinia carotovora Escherichia coli Fusobacterium nucleatum Gallus gallus Geobacter sulfurreducens Gloeobacter violaceus Guillardia theta Haemophilus ducreyi Haemophilus influenzae Halobacterium Helicobacter hepaticus Helicobacter pylori Homo sapiens Kluyveromyces waltii Lactobacillus johnsonii Lactobacillus plantarum Legionella pneumophila Leifsonia xyli Lactococcus lactis Leptospira interrogans Listeria innocua Listeria monocytogenes Magnaporthe grisea Mannheimia succiniciproducens Mesoplasma florum Mesorhizobium loti Methanobacterium thermoautotrophicum Methanococcoides burtonii Methanococcus jannaschii Methanococcus maripaludis Methanogenium frigidum Methanopyrus kandleri Methanosarcina acetivorans Methanosarcina mazei Methylococcus capsulatus Mus musculus Mycobacterium bovis Mycobacterium leprae Mycobacterium paratuberculosis Mycobacterium tuberculosis Mycoplasma gallisepticum Mycoplasma genitalium Mycoplasma mycoides Mycoplasma penetrans Mycoplasma pneumoniae Mycoplasma pulmonis Mycoplasma mobile Nanoarchaeum equitans Neisseria meningitidis Neurospora crassa Nitrosomonas europaea Nocardia farcinica Oceanobacillus iheyensis Onions yellows phytoplasma Oryza sativa Pan troglodytes Pasteurella multocida Phanerochaete chrysosporium Photorhabdus luminescens Picrophilus torridus Plasmodium falciparum Plasmodium yoelii yoelii Populus trichocarpa Porphyromonas gingivalis Prochlorococcus marinus Propionibacterium acnes Protochlamydia amoebophila Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Pseudomonas syringae Pyrobaculum aerophilum Pyrococcus abyssi Pyrococcus furiosus Pyrococcus horikoshii Pyrolobus fumarii Ralstonia solanacearum Rattus norvegicus Rhodopirellula baltica Rhodopseudomonas palustris Rickettsia conorii Rickettsia typhi Rickettsia prowazekii Rickettsia sibirica Saccharomyces cerevisiae Saccharopolyspora erythraea Salmonella enterica Salmonella typhimurium Schizosaccharomyces pombe Shewanella oneidensis Shigella flexneria Sinorhizobium meliloti Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis Streptococcus agalactiae Streptococcus mutans Streptococcus pneumoniae Streptococcus pyogenes Streptococcus thermophilus Streptomyces avermitilis Streptomyces coelicolor Sulfolobus solfataricus Sulfolobus tokodaii Synechococcus Synechocystis Takifugu rubripes Tetraodon nigroviridis Thalassiosira pseudonana Thermoanaerobacter tengcongensis Thermoplasma acidophilum Thermoplasma volcanium Thermosynechococcus elongatus Thermotagoa maritima Thermus thermophilus Treponema denticola Treponema pallidum Tropheryma whipplei Ureaplasma urealyticum Vibrio cholerae Vibrio parahaemolyticus Vibrio vulnificus Wigglesworthia glossinidia Wolbachia pipientis Wolinella succinogenes Xanthomonas axonopodis Xanthomonas campestris Xylella fastidiosa Yarrowia lipolytica Yersinia pseudotuberculosis Yersinia pestis

43 3 sur 4 modes d'innovation génétique pour générer de nouveaux gènes (mais toujours à partir de gènes préexistants) Fig 1-23(part1)

44 4 sur 4 mode d'innovation génétique
Fig 1-23(Part2)

45 Familles de gènes Gènes paralogues Gènes orthologues
Gènes s'étant dupliqués puis ont divergé Dans un seul génome Gènes orthologues divergence génétique (donc un seul gène ancestral) une espèce se scinde en deux espèces les gènes se modifient chacun de leur côté ont des fonctions correspondantes dans les deux lignées Gènes homologues = paralogues + orthologues

46 Fig 1-24 Familles de gènes liés sur le plan évolutif
(gènes paralogues) Fig 1-24 Bacillus subtilis

47 Gènes paralogues et orthologues : deux types d'homologie de gènes basés sur des voies évolutives différentes Fig 1-25(A-B)

48 Gènes paralogues et orthologues : un type complexe d'homologie de gène basé sur des voies évolutives différentes Fig 1-25(C)

49 Exemple : hémoglobine Les 7 gènes d'hémoglobine sont des paralogues : , , , , , , . Dans un même organisme Peuvent évoluer dans deux espèces différentes  orthologues Sont homologues aux myoglobines

50 Un exemple de famille complexe de gènes homologues
Fig 1-26 Hémoglobine, myoglobine, globines, (humain, poulet, requin, drosophile

51 Transferts de gènes entre organismes
Bactériophage se répliquent dans une cellule sortent avec une enveloppe entrent dans une autre cellule fragment d'ADN libre (plasmide) ou s'incorpore dans le génome de l'hôte peuvent prendre de l'ADN et le transférer d'une cellule à une autre fréquent chez les eucaryotes commun entre des cellules eucaryotes de la même espèce

52 Application du transfert de gènes à l'évolution
Transfert horizontal entre cellules eucaryotes de différentes espèces : très rare Transfert horizontal entre cellules procaryotes de différentes espèces : fréquent. Grande capacité d'absorption d'ADN étranger. (résistance aux antibiotiques ou production de toxine ou infections nosocomiales)

53 Fig 1-27 Transfert d'ADN viral d'une cellule à une autre
(A) bactériophage T4 (B) bactérie avec un bactériophage à sa surface. Tête de T4 en cours d'assemblage Fig 1-27

54 Échanges horizontaux d'information génétique
Naissance des Trois embranchements à partir d'une communauté primordiale de gènes qui ont été échangés

55 Transfert horizontal de gènes au cours de l'évolution
Fig 1-28

56 Reproduction sexuée : un exemple moderne de transfert horizontal de gènes
A l'intérieur d'une même espèce Phénomène très répandu Avantage sélectif

57 Intérêt des familles de gènes
Historique (évolution) Fonction d'un gène nouveau par la recherche des homologues Connaissance d'un organisme simplement en analysant son génome

58 Exemple : Mycobacterium tuberculosis
Provoque la tuberculose Très difficile à étudier au laboratoire Son génome : pb et environ 4000 gènes (1998) 40% des gènes étaient déjà connus 44% similitude avec des gènes connus 16% seulement étaient inconnus Beaucoup de gènes du métabolisme des lipides ( manteau résistant au système immunitaire)

59 Exemple : Bacillus subtilis
Presque la moitié des gènes ont des séquences proches de celles de M. tuberculosis

60 Les gènes communs aux 3 embranchements
Difficile perte de gènes transfert horizontal Comparaison de 18 bactéries 6 archae 1 eucaryote 76 familles sont ubiquitaires en fait en étant moins restrictif 239 familles de gènes conservés 2264 familles de gènes codant pour des protéines

61 Table II-2 Nombre de familles de gènes classés par fonctions communes aux trois domaines du monde vivant

62 Méthodes d'approche de la fonction d'un gène
Génétique Biochimie Mutants Création de mutations dans des sites spécifiques (conservés par exemple) Construction de gènes hybrides En fait conjonction de plusieurs approches Intégrer dans l'organisme entier

63 Fig 1-29 Fonction d'un gène révélée par un phénotype mutant normal
Saccharomyces pombe

64 Challenge du biologiste
Séquencer un gène : c'est fini Caractérisation fonctionnelle : nouveau

65 Le cas particuler de Escherichia coli
Modèles "choisi" par les biologistes Vit dans l'intestin de l'homme Facile à cultiver Une seule molécule d'ADN circulaire pb Environ protéines différentes

66 Lundi 9 octobre 2006 Génome d'E. Coli Fig 1-30


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