partie 2 - Faculté des Sciences

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CHAPITRE 3
LES MUTATIONS.
1. Introduction
1.1. Définition.
Les mutations sont des changements brusques et d’emblée héréditaires de
l'information génétique. L'information héréditaire est normalement stable, elle est
transmise de génération en génération de manière fidèle. Mais cette fidélité n'est pas
absolue. Le système à la base de la transmission de l'information héréditaire est ce qu'on
appelle la réplication. La réplication permet de faire à partir d'une molécule ADN une
copie conforme (exacte). Cette copie est presque toujours conforme a la molécule
originale, de sorte que le génotype reste constant de la fécondation jusqu’à la mort. Mais
il arrive que la réplication est accompagnée de quelques erreurs très rares aboutissant à
des copies qui diffèrent du modèle original: ce sont les mutations géniques.
En plus des mutations produites à la suite d'erreurs au niveau de la réplication, il y
a différents agents de l’environnement qui peuvent altérer la structure de la molécule
d'ADN et qui provoquent donc l'apparition des mutations. Ces agents peuvent êtres de
différentes natures (physique, chimique ou même biologique). Ce sont les agents
mutagènes.
Le mot mutation est souvent employé dans un sens large pour designer non
seulement les gènes ayant subi une altération interne, mais aussi les variations
structurales des chromosomes. On distingue alors les deux catégories de mutations en
qualifiant les premières de géniques et les secondes de chromosomiques. En plus de ces
deux types de mutations, il existe une troisième catégorie dite mutation génomique où
l'altération touche le nombre des chromosomes (variation numérique des chromosomes).
1.2. Mutations et phénotype.
Tous les caractères héréditaires peuvent être touchés par les mutations. Ainsi il y a
plusieurs sortes de mutations: morphologiques, physiologiques, biochimiques ou même
psychologiques. Chez la drosophile par exemple, il existe des mutations qui touchent: la
pigmentation des yeux ou du corps, les ailes, la répartition des soies, les caractères
sexuelles, la fertilité, la longévité, les propriétés sérologiques, la réaction à la lumière, le
comportement durant l’accouplements... etc.

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Les conséquences des mutations sur le phénotype varient des mutations dont
l'effet sur le phénotype est imperceptible aux mutations dont l'effet est dramatique
(modification radicale du phénotype).
Les mutations peuvent toucher tous les types de cellules d'un organisme. Chez les
métazoaires à reproduction sexuées, les mutations peuvent toucher soit des cellules
somatiques soit des cellules germinales. Les mutations touchant les cellules somatiques
sont transmises aux cellules filles (par suite de mitose), il en résulte qu'une partie des
cellules expriment un phénotype mutant, ce qui donne les chimères ou mosaïques. Les
mutations somatiques ne vont pas êtres transmis à la descendance et vont donc disparaître
au plus tard avec la mort de l’individu ou ils sont apparues. Mais les mutations qui
touchent une cellule germinale peuvent être transmises à la descendance. Ces dernières
sont les seules à pouvoir changer l’hérédité dans une ligné ou une famille.
Dans les tissus haploïdes les effets des mutations sur le phénotype peuvent être
décelés dès l'apparition des mutations. Mais chez les diploïdes les mutations ne peuvent
être décelées dans la descendance immédiate de l’individu où elles sont apparues que si
elles sont dominantes. Si elles sont récessives, elles ne seront décelées que quelques
générations après leurs productions. Chez les polyploïdes les mutations sont décelées
encore plus tardivement que chez les diploïdes.
1.3. Fréquences.
Si on considère les fréquences des mutations au niveau d'un gène donné on
constate que les fréquences sont généralement très basses. Cependant ces fréquences
varient énormément d'un gène à un autre un sein d'une même espèce. Chez le Maïs par
exemple, Stadler n'a pas observé une seule mutation du gène (Wx) en (wx) parmi
1 503 744 gamètes testés, alors que parmi 554 786 gamètes il a observé 273 mutations du
gène (R) en (r) .
Mais si le taux de mutation des gènes est assez bas, le taux globale de l'ensemble
des gènes est assez important. Si on prend l'exemple de Drosophila melanogaster, au
moins 5 % des gamètes contiennent une nouvelle mutation à chaque génération. De la
même façon que les fréquences des mutations varient énormément d'un gène à un autre
au sein d'une même espèce, la fréquence globale des mutations par espèce varient
énormément d'une espèce à une autre.
2. Nature des mutations.
2.1. Mutation ponctuelles.
Ce sont des modifications qui touchent une seule paire de base à la fois ou un
nombre très faible de paires de bases. Ce sont donc des mutations géniques. Il y a deux
types de mutations ponctuelles: les substitutions et les délétions/additions.

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2.1.1. Substitutions.
C'est le changement d'une paire de base par une autre. Au niveau de la molécule
d'ADN quatre types de bases sont présentes:
- La cytosine et la thymine qui sont des pyrémidines
- La Guanine et l’Adénine qui sont des purines.
Quand la substitution consiste en le changement de purines par des purines
(exemple A---G ou G---A) ou le changement d’une pyrémidine par une pyrémidine (T---
C ou C---T), on dit que c'est une transition. Quand la substitution consiste en le
changement d'une purine par une pyrimidique (G---T ou A----C...) ou inversement
changement d'une pyrimidine par une purine (T---A ou T----G...), on dit que c'est une
transvertion (figure 3.1).
Les substitutions de bases conduisent à des mutations qui peuvent avoir des
conséquences différentes au niveau du phénotype. On distingues trois types de mutations
par substitutions selon leur conséquence au niveau de la protéine et donc au niveau du
phénotype.
-mutation silencieuse: le changement au niveau du génome est imperceptible au niveau
du phénotype car le changement de l’aminoacide, induit par la substitution au niveau de
la protéine, n'a pas d'effet sur l'activité de cette dernière. L'absence du changement au
niveau du phénotype peut être dû au fait que le codon initiale et le codon mutant codent
tous les deux pour le même aminoacide (figure 3.2).
Figure 3.1. Les différents types de mutations par substitution.

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séquence génique séquence ARNm séquence protéique
Sauvage
AAC UUG Lys
Mutant
AAT UUA Lys
Figure 3. 2. Mutation silencieuse: changement de l'information au niveaux du génotype
sans effet sur le phénotype (le code génétique est dégénéré c'est à dire qu'un aminoacide
peut être codé par plusieurs codons différents). Lys: lysine.
-Mutation faux sens (missense): le codon mutant spécifie un aminoacide diffèrent de
celui spécifié par le codon initiale. L'effet de ce changement au niveau du phénotype
dépend de la nature de l’aminoacide échangé, par rapport à celui d'origine (aminoacide de
même groupe chimique ou nom: aminoacide acide, basique ou neutre), et de
l'emplacement de l’aminoacide échangé (cite actif de l'enzyme ou en dehors du cite actif).
Selon la nature chimique de l’aminoacide mutant et son emplacement au niveau de la
protéine le résultat peut être une enzyme mutante inactive, moins efficace ou
thermosensible (figure 3.3).
séquence génique séquence ARNm séquence protéique
Sauvage
CAA GUU Val
Mutant
GAA CUU Leu
Figure 3. 3. Mutation faux sens (missense). La mutation a pour conséquence le
changement d’un aminoacide par un autre au niveau de la protéine codée par le gène.
- Mutation non-sens (non sense): les mutations non-sens consistent en la transformation
du codon initiale en l'un des trois codons non-sens (UAG, UAA ou UGA) qui ne codent
pas l’aminoacide et détermine la fin de la synthèse protéique. Les effets des mutations
non-sens sur le phénotype sont beaucoup plus dramatiques que les mutations faux-sens.
Les mutations non-sens provoquent l’arrêt prématuré de la synthèse protéique ce qui
aboutit à des protéines tronquées qui sont de plus souvent inactives. Le phénotype mutant
va dépendre de la position des mutations: plus la position de la mutation est proche du
codon d'initiation de la traduction, plus son effet est dramatique sur le phénotype.