Cours mutations de l`ADN

Chapitre 1 Les mutations de l’ADN et les duplications de gènes : les moteurs
des innovations génétiques
2010
1 La molécule d’ADN est apparemment stable mais elle présente une certaine variabilité.
Des modifications d’ADN créent :
- de nouveaux allèles à l’origine du polymorphisme génétique et phénotypique des populations.
- De nouveaux gènes, conduisant à l’acquisition de nouvelles fonctions, de nouveaux caractères et de
nouveaux plans d’organisation.
Problèmes posés :
Quels types de mutations sont à l’origine de différents allèles d’un même gène ?
Quelles conséquences ont les mutations sur les phénotypes ?
Quels mécanismes sont à l’origine de l’acquisition de nouveaux gènes ?
I Les mutations créent de nouveaux allèles
1) Un gène, plusieurs allèles.
Au sein d’une espèce, un gène existe sous plusieurs versions nommés allèles du gène. On parle de
gène polyallélique.
Le gène tel que nous l’avons défini est une séquence de nucléotides situés à un endroit précis sur
un chromosome (locus). Un individu a donc au maximum 2 allèles différents pour un gène donné, un sur
chacun des deux chromosomes homologues.
Si les deux allèles sont identiques, on aura un individu homozygote pour le gène en question sinon on
parlera d’individu hétérozygote.
Quand un gène possède au moins deux allèles présents dans la population à une fréquence supérieure ou
égale à 1%, le gène est dit polymorphe. La plupart des gènes sont polymorphes (voir page 82 doc 5).
2) Les mutations à l’origine des allèles
Mutation : c’est une modification de la séquence de nucléotides dans la molécule d’ADN. (Voir TP 1)
On constate que les allèles différent de un ou quelques nucléotides. C’est donc par mutation d’un allèle
préexistant que se forme un nouvel allèle.
On distingue deux grands types de mutations :
Mutations ponctuelles qui affectent une paire de nucléotides ou quelques nucléotides adjacents ;
les mutations étendues non étudiées au programme de TS.
Parmi les mutations ponctuelles, on distingue :
Les mutations par substitution ; une paire de nucléotides est remplacée par une autre au sein de la
molécule d’ADN.
Les mutations par délétion ; une paire de nucléotides de la molécule ADN est perdue.
Les mutations par addition ; une paire de nucléotides s’insère entre deux paires de nucléotides
successives, au sein de la molécule d’ADN.
Ces termes sont utilisés pour indiquer quel type de modification a subi la molécule d’ADN (gène ou allèle).

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2 3) L’origine des mutations.
La première source de mutation est la réplication. En effet, avant d’entrer en division, la cellule fabrique, à
chacun de ses chromosomes, un deuxième chromatide. Un complexe enzymatique ouvre la molécule
d’ADN et place en face du nucléotide libre, le nucléotide correspondant. Au cours de la réplication, il y a
parfois des erreurs d’appariement entre nucléotides.
Voir schéma
La deuxième origine de mutations est le remaniement chromosomique (au cours desquels il y a des
altérations diverses entre nucléotides).
Fréquence de mutations.
Le taux de mutations germinales par gène (cellules germinales : ovules et spermatozoïdes) est inférieur à
un millionième. Les mutations sont des phénomènes rares, spontanés et aléatoires. Cependant, si l’on
considère l’ensemble des gènes d’un individu ou d’une population, le phénomène n’est pas aussi rare.
La nature des mutations n’est pas prévisible et ne dépend pas de l’environnement. Mais leur fréquence
si !!!!!!!!! En effet, certains facteurs, dits mutagènes, augmentent la fréquence des mutations (ex : UV,
rayons X, radioactivité, certaines molécules, etc.…).
II Les conséquences sur les phénotypes des mutations ponctuelles.
1) Seules les mutations touchant les cellules germinales sont transmises.
Activité 2 page 94 exercice 8
Correction exercice La maladie arrive à la 3éme génération ; pourtant l’allèle responsable de la maladie est
dominant.
L’individu 3.2 est malade (allèle sain 16 et 41 morbide). Il a reçu l’allèle sain de sa mère. L’allèle 41 devrait
venir de son père, or il est 25/34. L’un de ces deux allèles a subi une mutation de type addition. La mutation
a eu lieu chez le père dans une cellule germinale évoluant en spermatozoïdes.
Les mutations somatiques qui affectent des cellules non sexuelles, n’ont des conséquences que sur
l’individu chez qui elles se produisent (elles sont responsables de la cancérisation des cellules).
Les mutations germinales affectent les cellules sexuelles. Elles sont donc éventuellement transmises à la
descendance si elles participent à une fécondation. De plus les mitoses reproduisent cette information
mutée dans toutes les cellules de l’individu obtenues à partir la cellule œuf qui possèdent cette mutation.
Donc, seules les mutations germinales sont susceptibles de former un nouvel allèle, transmissible de
générations en générations.

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3 2) L’impact des mutations sur les phénotypes est variable
Les mutations géniques ponctuelles sont soit silencieuses soit efficaces.
Les mutations silencieuses : malgré la substitution d’un nucléotide par un autre, au niveau du gène,
malgré la modification de l’ARNm (donc du codon) ; l’acide aminé dans la protéine reste inchangé. Ceci est
du à la redondance du code génétique. Il n’y pas de changement de protéine, sa fonction demeure, il n’y a
aucune conséquence sur le phénotype.
Les mutations efficaces : c’est une mutation qui abouti à la modification d’acide aminé au sein de la
protéine.
Parmi les mutations efficaces, on distingue :
- Les mutations faux-sens : un acide aminé est remplacé par un autre.
- Les mutations non-sens : un codon de l’ARNm, codant pour un acide aminé, est remplacé par un
codon stop.
- Les mutations décalantes : il y a décalage du cadre de lecture de l’ARNm, suite à une addition ou
une délétion de nucléotides dans le gène.
Une mutation a très souvent des conséquences aux différentes échelles du phénotype.
Une mutation silencieuse n’est pas perçue au niveau du phénotype.
Une mutation efficace peut perturber de manière importante le phénotype ou au contraire passer
inaperçue.
Voir tableau
De plus, les gènes n’ont pas tous la même importance ; certains codent pour des protéines avec des
fonctions primordiales. Les mutations de ces gènes sont souvent plus graves que celles affectant des gènes
codant pour des protéines à fonction secondaire.
Bilan :
• les mutations survenues dans le passé, au sein des populations d’une espèce sont à l’origine du
polymorphisme actuel, par la diversité allélique, de la diversité des phénotypes.
• De nombreuses mutations sont nuisibles à l’individu qui les porte, mais aussi à l’espèce : quand les
mutations conduisent à l’apparition d’allèles morbides, elles ont pour conséquences toutes les
maladies dites génétiques.

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4 Mutations faux-sens Mutations
non-sens
Mutations
décalantes
Conséquences
à l’échelle
moléculaire
Un acide aminé est remplacé par un
autre
Disparition de
plusieurs
acides aminés.
Le nombre
d’acides aminés
varie.
Conséquences
à l’échelle
cellulaire
Conséquences
à l’échelle de
l’individu
Mutations
faux-sens
neutre
Mutations
graves

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5 III Les duplications, puis les transpositions des gènes suivies de mutations conduisent à de nouveaux
gènes.
Des séquences plus ou moins longues d’ADN peuvent être dupliquées (recopiées et transposées à
un autre endroit du génome, soit sur le même chromosome ou sur un chromosome différent). La
conséquence, c’est que l’organisme hérite d’un deuxième exemplaire d’un gène, mais situé à un autre
locus.
Voir schéma :
Chaque copie évoluera de manière autonome, en subissant des mutations ponctuelles, de façon
indépendante des autres copies. On aura au bout d’un certain temps, formation d’au moins deux gènes
différents, codant pour des protéines différentes, dont les fonctions pourront être similaires ou
différentes.
Par le processus de duplication, transposition suivies de mutations, il y a enrichissement du
génome, avec apparition de nouvelles caractéristiques phénotypiques.
Remarque : quand peut-on considérer que des gènes soient apparentés (issus les uns des autres par
duplication mutation) ?
La parenté est admise quand le pourcentage de similitudes, entre 2 gènes ou 2 protéines est
supérieur à 25%. En effet, il est possible que 2 gènes non apparentés puissent avoir jusqu’à 25% (en
moyenne) de ressemblances.
Lorsque les gènes sont apparentés, c’est qu’ils sont issus de 1 ou plusieurs duplications et
transpositions d’un gène ancestral, suivis de mutations ponctuelles indépendantes. Ces gènes apparentés
appartiennent une famille multigénique.
Remarque : le degré de similitudes, entre 2 gènes, peut traduire le temps évalué, depuis la
duplication du gène ancestral à l’origine des 2 copies. Plus les gènes se ressemblent, plus la duplication est
récente.
Conclusion : parfois, une mutation peut conduire à un gain de fonctions. L’organisme acquière alors
une nouvelle potentialité (c’est à dire fonction). Ces innovations sont rares mais elles sont à l’origine de
l’évolution des organismes. Cf. document Bilan.