bac Spécialité SVT 2021 Polynésie

Exercice 2, deuxième proposition : (8 points) Génétique et évolution - Complexification des génomes : transferts horizontaux et endosymbioses

L'apparition de la photosynthèse sur Terre a permis l'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène. On trouve cette réaction métabolique dans plusieurs groupes dont les cyanobactéries, des procaryotes dont les premières traces sont datées de 3,8 milliards d'années et les Eucaryotes contenant des chloroplastes, dont les premières traces sont datées entre un et deux milliards d'années.

Montrez que la comparaison des chloroplastes et des cyanobactéries permet de déterminer les mécanismes d'acquisition de la photosynthèse chez les Eucaryotes.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.

document 1 : composition chimique des membranes et forme de l'ADN


Cellule procaryote type cyanobactérie Cellule eucaryote chlorophyllienne
Type de membrane Membrane cytoplasmique Membrane cytoplasmique Membranes du chloroplaste
Membrane interne Membrane externe
Composition de la membrane Phospholipides Glycolipides Protéines Phospholipides Glycolipides Cholestérols Protéines Phospholipides Glycolipides Protéines Phospholipides Glycolipides Cholestérols Protéines
Forme de l'ADN Circulaire dans le cytoplasme Linéaire dans le noyau Circulaire dans le stroma

document 2 : détails de la phagocytose d'une bactérie par une Amibe, un unicellulaire eucaryote


Le trait horizontal en haut à droite de chaque photographie indique la taille de 1 micromètre (µm)
Les amibes se nourrissent par phagocytose.

A, B, C et D représentent les étapes de la phagocytose d'une bactérie par une Amibe (cellule eucaryote). Il arrive parfois que les bactéries phagocytées ne soient pas digérées.

d'après Greub, Gilbert & Raoult, Didier. (2002). Crescent Bodies of Parachlamydia acanthamoeba and Its Life Cycle within Acanthamoeba polyphaga: an Electron Micrograph Study. Applied and environmental microbiology. 68. 3076-84. 10.1128/AEM.68.6.3076-3084.2002


document 3 : arbre phylogénétique établi à partir de la comparaison du gène de la petite sous-unité ribosomale

Le ribosome joue un rôle dans la synthèse des protéines. On le retrouve dans toutes les cellules. Il est formé de deux sous unités: une grande et une petite.
Chez le Maïs (Zae mays), il existe deux types de ribosomes qui diffèrent par leur petite sous-unité:
– La petite sous-unité des ribosomes cytoplasmiques est codée par un gène de l'ADN du noyau;
– La petite sous-unité des ribosomes du chloroplaste est codée par un gène de l'ADN du chloroplaste.

L'arbre de parenté a été établi en comparant les 2 gènes précédents avec ceux d'autres espèces.

Remarque: dans les procaryotes, on retrouve à la fois les Archéobactéries et les Eubactéries (appelées aussi plus simplement bactéries)

(1) Résultat en prenant en compte l'ADN du noyau
(2) Résultat en prenant en compte l'ADN du chloroplaste


document 4 : La RubisCO, une enzyme clé dans l'entrée du carbone lors de la photosynthèse


a : vue de profil
b : vue de dessus
La grande sous-unité est codée par un gène appelé rbcl.
La petite sous-unité est codée par un gène appelé rbcs.

d'après R Prat in Morot-Gaudry. 2009. Dunod.

Gène Localisation cellulaire du gène chez les Eucaryotes Localisation cellulaire du gène chez les Cyanobactéries
ADN du noyau ADN des chloroplastes ADN circulaire
rbcl Présent Présent
rbcs Présent Présent
d'après Fernand Vedel. 1986. Bases moléculaires de la diversité des génomes cytoplasmiques chez les Végétaux supérieurs. Bulletin de la Société Botanique de France. Actualités Botaniques 133:1, pages 53-67.


document 5 : comparaison de la séquence d'acides aminés de la petite sous-unité de la RubisCO chez différentes espèces

On mesure le pourcentage d'identités des séquences d'acides aminés de la Rubisco chez différentes espèces. On obtient le tableau suivant.

Eubactérie Xanthobacter Eubactérie, cyanobactérie Eucaryote, algues vertes unicellulaire Chlamydomonas Eucaryote, plante verte : Tabac Nicotiana
Eubactérie Xanthobacter 36 31 29
Eubactérie, cyanobactérie 45 45
Eucaryote, algues vertes unicellulaire Chlamydomonas 50
Eucaryote, plante verte : Tabac Nicotonia


d'après Rampant Horizontal Transfer and Duplication of Rubisco Genes in Eubacteria and PlastidsCharles F. Delwiche' and Jeflrey D. Palmer Department of Biology, Indiana University, Bloomington



A partir du tableau, l'arbre de parenté suivant a été établi:

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