Transfert horizontal

Définition

Le transfert horizontal de gènes est le mouvement du matériel génétique entre des organismes unicellulaires et/ou multicellulaires, ce qui n'est pas le cas par transmission verticale. Ce transfert horizontal, ou latéral, s'est avéré être un facteur important dans l'évolution de beaucoup d'organismes.

Une conjugaison bactérienne avec transfert horizontal de gènes :

Dans ce dessin schématique de la conjugaison bactérienne, il y a transfert horizontal de gènes. (1) La cellule donneuse produit du F-pilus. (2) Pilus relie les cellules. (3) Un seul brin du plasmide est transféré. (4) Les deux cellules produisent un pilus sexuel et sont maintenant des donneurs possibles.

Explications générales

En génétique, le transfert horizontal est un transfert de gènes entre deux organismes d'une même génération. Le transfert horizontal de gènes est synonyme de transfert de gène latéral et les deux termes sont interchangeables, au contraire de la transmission verticale de l'ADN des parents à leur progéniture.

Le transfert horizontal de gènes est la principale raison pour laquelle la résistance aux antibiotiques se propage dans les bactéries, et joue un rôle important dans l'évolution des bactéries qui peuvent dégrader de nouveaux composés tels que les pesticides créés par les humains, évolution, maintenance et transmission de la virulence.

Ce transfert de gène horizontal implique généralement l'utilisation de bactériophages et de plasmides. Les gènes qui sont responsables de la résistance aux antibiotiques dans une espèce de bactéries peuvent être transférés à une autre espèce par plusieurs mécanismes (par exemple via F-pilus), en armant ensuite le récepteur de gène contre des antibiotiques, qui devient un défi médical.

La plupart des travaux en génétique se sont concentrés sur le transfert vertical, mais on est de plus en plus conscient que le transfert horizontal de gènes est un phénomène hautement significatif chez les organismes unicellulaires, probablement la forme dominante de transfert génétique.

Le transfert de gène horizontal artificiel est une forme de génie génétique.

Mécanisme

Il existe plusieurs mécanismes pour le transfert horizontal de gènes :

• transformation : l'altération génétique d'une cellule résultant de l'introduction, de la prise et de l'expression de matériel génétique étranger (ADN ou ARN). Ce processus est relativement commun chez les bactéries, mais moins chez les eucaryotes; la transformation est souvent utilisée dans les laboratoires pour insérer de nouveaux gènes dans des bactéries pour des expériences ou pour des applications industrielles ou médicales. Voir aussi biologie moléculaire et biotechnologie.
• transduction : le processus par lequel l'ADN bactérien se déplace d'une bactérie à l'autre par un virus (bactériophage).
• Conjugaison bactérienne : un processus qui implique le transfert de l'ADN à travers un plasmide d'une cellule donneuse à une cellule réceptrice recombinante au cours de contact de cellule à cellule.
• Les agents de transfert génétique : les éléments tels que les virus codés par l'hôte qui sont dans l'ordre des alphaprotéobactéries, Rhodobacterales.

Un transposon (gène sauteur) est un segment mobile de l'ADN qui peut parfois capturer un gène résistant et l'insérer dans un plasmide ou un chromosome, induisant ainsi un transfert de gène horizontal de résistance aux antibiotiques.

Inférence

Le transfert horizontal de gènes est typiquement déduit en utilisant des méthodes bioinformatiques, soit pour identifier les signatures de séquences atypiques (méthodes "paramétriques"), soit pour identifier de fortes discordances entre l'histoire évolutive de séquences particulières et celles de leurs hôtes.

Importance en évolution

Le transfert horizontal de gènes est un facteur de confusion dans l'inférence des arbres phylogénétiques basés sur la séquence d'un gène.

Par exemple, étant donné deux bactéries éloignées qui ont échangé un gène, un arbre phylogénétique incluant ces espèces montrera qu'elles sont étroitement apparentées parce que ce gène est le même bien que de nombreux autres gènes ne sont pas similaires.

Pour cette raison, il est parfois idéal d'utiliser d'autres informations pour déduire une grande phylogénie comme la présence ou l'absence de gènes, ou plus généralement d'inclure une large gamme de gènes pour l'analyse phylogénétique.

Par exemple, le gène le plus commun à utiliser pour construire des relations phylogénétiques chez les procaryotes est le gène ARNr 16s puisque sa séquence tend à être conservée entre les membres avec des distances phylogénétiques proches, mais suffisamment de variables pour que les différences puissent être mesurées.

Cependant, ces dernières années, il a été soutenu que les gènes de l'ARNr 16s peuvent également être transférés horizontalement. Bien que cela puisse ne pas être très fréquent, la validité des arbres phylogénétiques de l'ARNr 16s doit être réévaluée.

Le biologiste Johann Peter Gogarten suggère que "la métaphore originale d'un arbre ne correspond plus à l'information de la recherche en génomique récente".

Par conséquent, les biologistes doivent utiliser la métaphore d'une mosaïque pour décrire les différentes histoires combinées dans des génomes individuels et utiliser la métaphore d'un réseau pour visualiser les échanges riches et les effets coopératifs de transfert horizontal parmi les microbes.

Il existe plusieurs méthodes pour déduire de tels réseaux phylogénétiques.

En utilisant des gènes simples comme marqueurs phylogénétiques, il est difficile de tracer la phylogénie en présence d'un transfert de gène horizontal. La combinaison du modèle simple de cladogenèse avec des événements rares de transfert horizontal suggère qu'il n'y avait aucun ancêtre commun plus récent qui contienne tous les gènes ancestraux à ceux partagés entre trois domaines de la vie.

Chaque molécule contemporaine a sa propre histoire et est tracée dans l'histoire à une molécule individuelle. Cependant, ces ancêtres moléculaires étaient plus susceptibles de les trouver dans différents organismes à différents moments.

En rapport avec "transfert horizontal"

• cellule de transfert

  

  En biologie de la cellule, une cellule de transfert est une cellule de jonction, dans le principe des jonctions intercellulaires, comme une synapse...

• transfert latéral

  

  Le transfert latéral (horizontal) de gènes désigne un transfert de matériel génétique non pas le long de la lignée, c'est-à-dire non pas d'une génération à...

• transfert vertical

  

  Un transfert vertical de gènes d'un organisme ou d'une cellule à un descendant, une transmission verticale.

• vésicule de transfert

  

  Les vésicules de transfert déplacent les matériaux dans les cellules. Une vésicule de transfert est formée de sacs membraneux qui transportent les protéines...