PLASTES

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Génome du chloroplaste

Une plante verte contient trois types d'organites, le noyau, les mitochondries et les plastes qui répliquent, transcrivent et expriment leur information génétique de manière coordonnée (cf. mitochondries, noyau cellulaire).

L'existence d'une hérédité extranucléaire liée à un organite a été postulée par les études génétiques du feuillage panaché de certaines plantes (Baur et Correns, 1909), en liaison avec la topologie des chloroplastes verts que renferment leurs feuilles. L'analyse génétique de la distribution de caractères plastidiaux dans la descendance de plantes supérieures a montré ensuite leur répartition non mendélienne, ce qui ouvrit la voie aux notions d'hérédité maternelle et d'hérédité cytoplasmique.

Structure de l'ADN plastidial

Démontrée pour la première fois par Ris et Plaut (1962) chez une algue unicellulaire (Chlamydomonas), la présence de l'ADN a été retrouvée dans des structures plastidiales variées comme des espèces végétales les plus diverses : proplaste, étioplaste, chromoplaste, leucoplaste et chloroplaste. Les analyses microscopiques, optique et électronique, montrent que les fibrilles d'ADN sont localisées dans plusieurs régions plastidiales, les nucléoïdes (fig. 15).

L'analyse par ultracentrifugation en gradient de densité de chlorure de césium à l'équilibre montre que la valeur de la densité de l'ADN plastidial (ADNcp) est en général différente de celle de l'ADN nucléaire ; elle est de l'ordre de 1,697 g/cm3 (soit d G + d C ≃ 38 p. 100), où G est la guanine, C la cytosine. Des exceptions à cette valeur sont surtout observées chez les algues unicellulaires. Elles semblent refléter une plus grande diversité dans l'origine évolutive de ces plantes.

Les bases modifiées, telle la 5-méthylcytosine, ne sont pas détectables dans l'ADN plastidial alors que l'ADN nucléaire des plantes peut en contenir jusqu'à 10 p. 100, ce qui permet donc d'apprécier le degré de pureté d'une préparation extractive d'ADN végétal. Il existe néanmoins certaines exceptions : l'ADN chloroplastique de Chlamydomonas présente certaines méthylations spécifiques au cours de la gamétogenèse, chez le type parental mt+.

Un petit nombre de ribonucléotides (de 12 à 18 suivant les espèces cellulaires) a été identifié dans l'ADN plastidial de plantes supérieures, à l'aide de traitements alcalins et de digestions enzymatiques par des ribonucléases ; liés de manière covalente aux désoxyribonucléotides, ils sont retrouvés sur les deux brins de la molécule et semblent être liés à la réplication de l'ADN. Chez la plupart des espèces étudiées, la conformation de l'ADN plastidial est celle d'une macromolécule bicaténaire, circulaire, superenroulée et de taille uniforme dans une espèce donnée.

Cartographie de l'ADN plastidial

L'utilisation d'endonucléases et la séparation électrophorétique des fragments de restriction ont permis de mettre en évidence des séquences répétées de l'ADN chloroplastique. Ces régions contiennent les opérons ribosomiques. Chez la plupart des plantes supérieures et chez Chlamydomonas, on trouve deux régions répétées, arrangées en position inverse. De petites séquences répétées ont aussi été mises en évidence dans des régions spécifiques de l'ADN.

ADN chloroplastiques

Diaporama : ADN chloroplastiques

Carte génétique de quelques types d'ADN chloroplastiques. a) Génome chloroplastique de l'épinard (« Spinacia oleracea ». Sur le cercle d'ADN de 145 000 paires de nucléotides (145 kb [kb = kilobase]), les deux séquences nucléotidiques répétées sont représentées en traits... 

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La liste des gènes de structures plastidiales inclut pour l'instant (fig. 16), outre les gènes pour les ARN ribosomiques et de transfert, environ dix polypeptides des ribosomes plastidiaux et une quinzaine de protéines du stroma et des thylakoïdes. Cet état est fondé sur l'affirmation que les ARNm plastidiaux ont été transcrits et sont traduits dans l'organite. Aucune preuve directe n'a encore été apportée à l'échange d'ARNm entre les compartiments plastidiaux et cytoplasmiques, bien qu'un flux d'information entre ces compartiments ait été mis en évidence chez plusieurs organismes.

Plusieurs molécules d'ADN chloroplastiques ont été entièrement séquencées, dont celles du tabac (155844 bp), du riz (134525 bp) et de l'hépatique (121024 bp).

Régulation de l'expression génique

Les gènes qui déterminent les composants plastidiaux sont dispersés au sein de plusieurs génomes : nucléaire, plastidial et probablement aussi mitochondrial. Le génome nucléaire contient la plus grande partie de ces gènes. La coopération entre ces systèmes génétiques est essentielle au développement harmonieux du chloroplaste. La plupart de ses [...]

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Infrastructure de chloroplaste granaire

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Interprétation des images de cryofracture

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Complexe moléculaire de l'ATPase chloroplastique

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ADN chloroplastiques

ADN chloroplastiques
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Écrit par :

  • : professeur honoraire à la faculté des sciences, université d'Aix-Marseille
  • : docteur ès sciences, professeur à l'université de Clermont-II

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Pour citer l’article

Roger BUVAT, Gérard LEDOIGT, « PLASTES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/plastes/