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6.14:

Comparer les génomes des mitochondries, des chloroplastes et des procaryotes

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Comparing Mitochondrial, Chloroplast, and Prokaryotic Genomes

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Les cellules prédatrices primitives ont interiorisé des bactéries qui ont ensuite évolué en mitochondries, formant des cellules eucaryotes. Les cyanobactéries photosynthétiques ont également formé des relations symbiotiques avec certaines de ces cellules eucaryotes et se sont finalement développées en chloroplaste. Les génomes mitochondriaux et chloroplastes actuels sont les restes de ces génomes procaryotiques ancestraux.En comparaison aux génomes mitochondriaux, les génomes actuels des procaryotes sont grands, comme chez Escherichia coli, qui contient environ 5 millions de paires de bases et près de 5 000 gènes. Le génome mitochondrial humain mesure près de 17 000 paires de bases et contient 37 gènes, alors que le génome mitochondrial de l’Arabidopsis thaliana, une plante à fleurs, a plus de 350 000 paires de base mais ne contient que 57 gènes. En comparaison, les génomes cyanobactériens actuels comme le génome de Synechocystis, possède environ 3, 5 millions de paires de bases et transporte environ 3 200 gènes, le génome chloroplastique des plantes terrestres compte jusqu’à 200 000 paires de bases et contient de 120 à 135 gènes.Même s’ils sont beaucoup plus petits, les génomes mitochondriaux et chloroplastiques sont semblables au génome procaryote de plusieurs façons. Leur ADN ne s’associe pas aux histones et est généralement circulaire et double brin, comme celui des plasmides bactériens. En comparaison au génome mitochondrial, le génome chloroplastique ressemble plus au génome procaryote.Les deux, génome chloroplastique et procaryotique, ont des séquences d’ADN similaires pour les promoteurs et terminateurs de la transcription. De plus, le génome mitochondrial animal est généralement plus petits que le génome mitochondrial des plantes, car les génomes mitochondriaux et chloroplastiques des plantes ont des introns qui sont absents dans la plupart des génomes mitochondriaux animaux.

6.14:

Comparer les génomes des mitochondries, des chloroplastes et des procaryotes

Les génomes mitochondriaux et chloroplastiques actuels ont conservé certaines des caractéristiques de leurs procaryotes ancestraux et ont également acquis de nouveaux attributs au cours de leur évolution au sein des cellules eucaryotes. Comme les génomes procaryotes, les génomes mitochondriaux et chloroplastiques ne se lient pas aux protéines de type histone ni montrent un emballage complexe dans des structures semblables à des chromosomes, comme observé chez les eucaryotes. Contrairement aux divisions cellulaires mitotiques observées dans les cellules eucaryotes, les mitochondries et les chloroplastes subissent une fission binaire et séparent également leur ADN dans les organites filles comme observé chez les procaryotes. De plus, les ribosomes dans les mitochondries et les chloroplastes sont sensibles aux antibiotiques antibactériens.

Les génomes procaryotes ont des millions de paires de bases et des milliers de gènes ; les génomes mitochondriaux et chloroplastiques, sauf chez quelques plantes,  sont beaucoup plus petits avec quelques milliers de paires de bases et centaines de gènes. Cette différence dans la taille du génome s’est produite car, au cours de l’évolution, des parties importantes des génomes mitochondriaux et chloroplastiques primitifs ont été exportés vers le noyau. Cette exportation de gènes les rendait dépendants du génome nucléaire pour l’approvisionnement d’une partie des protéines nécessaires à leur biogenèse.

Les différents chemins évolutifs empruntés par les animaux et les plantes ont entraîné des différences significatives entre les génomes des mitochondries animales, celles végétales et des chloroplastes. Les génomes mitochondriaux animaux sont plus petits que les génomes mitochondriaux végétaux et chloroplastiques. De plus, comme la plupart des génomes procaryotes, les génomes mitochondriaux animaux ne portent aucun intron. Cependant, les introns sont présents dans les génomes des mitochondries végétales et des chloroplastes. Par rapport aux génomes mitochondriaux, les génomes chloroplastiques présentent moins de variations de taille et de structure et contiennent également plus de gènes.  Par exemple, le nombre de gènes présents dans le génome chloroplastique d’Arabidopsis thaliana est presque le double des gènes présents dans son génome mitochondrial. En outre, les génomes chloroplastiques sont plus similaires à leurs homologues procaryotes que le génome mitochondrial car ils sont similaires dans leurs séquences régulatrices et l’arrangement de nombreux groupes de gènes.

Suggested Reading

  1. Smith, David Roy, and Patrick J. Keeling. "Mitochondrial and plastid genome architecture: reoccurring themes, but significant differences at the extremes." Proceedings of the National Academy of Sciences 112, no. 33 (2015): 10177-10184.
  2.  Shah, VC. "Evolution of Chloroplast Genome." Proc. Indian natn. Sci. Acad. B49 N0 6 (1983): 636-646.