Partie I

Partie I
TEMPS, EVOLUTION DES ETRES VIVANTS ET GENETIQUE
Chap. IV : ORIGINE DE LA VARIABILITE DES
GENOMES : LES INNOVATIONS GENETIQUES
les Prérequis
notions de gène – protéines – phénotypes (à différents niveaux) – expression d’un gène - brin transcrit ou non
transcrit
Les relations entre génotype et phénotype macroscopique :
Génotype
Phénotype moléculaire
1 gène → ARNm → séquence polypeptidique → structure tridimensionnelle du polypeptide → activité du
polypeptide → phénotype cellulaire → phénotype macroscopique
A – Mutations et diversité des allèles TP 10
1 – Polyallélisme et polymorphisme génique ou génétique
Pour tous les gènes présents au sein d’une espèce, coexistent tjs plusieurs allèles : le polyallélisme est
généralisé pour tous les gènes. (p.92)
Parmi eux, certains sont dits polymorphes quand il existe au moins 2 allèles ayant une fréquence supérieure
à 1% pour ces gènes (ex : αAT).
1/3 des gènes au sein d’une espèce sont polymorphes.
2 - Le mécanisme créateur d’un nouvel allèle : ……………………….
- Une mutation est une modification aléatoire de la séquence d’une portion d’ADN dans une cellule : la mutation
est donc un phénomène qui affecte une cellule et non un phénomène affectant un organisme dans son intégralité!
(un mutant !) ; n’importe quelle cellule peut subir une mutation !
- c’est un phénomène rare provoqué soit par une erreur de réplication (phénomène dit alors « spontané »), soit
provoqué par certains facteurs du milieu dits mutagènes (uv, RX, virus…) qui peuvent altérer l’ADN : les facteurs
du milieu peuvent donc augmenter la fréquence des mutations mais ne jouent aucun rôle sur la nature ou la position
d’une mutation (le milieu n’oriente pas la mutation) : un facteur de l’environnement ne peut pas provoquer une
mutation qui rendrait l’individu plus adapté à ce nouvel environnement !
- les mutations les plus fréquentes sont des mutations ponctuelles : l’unité de base de la mutation est un nucléotide
mais les mutations peuvent être plus étendues.
- En fonction de la nature de la modification nucléotidique, on distingue plusieurs types de mutations : des
substitutions (m1 et z), des délétions (perte) (null 1) ou des additions (= insertions).
3 - conséquences des mutations sur la séquence du polypeptide fabriqué (phénotype moléculaire)
- Si elles affectent des portions non codantes de l’ADN c’est-à-dire 90% de l’ADN, les mutations vont passer
inaperçues !
- Par contre, si la portion d’ADN touchée est un gène (1 gène → une protéine→ un caractère phénotypique) soit
10% de l’ADN), les conséquences sur la séquence du polypeptide fabriqué sont variées :
 La mutation peut être silencieuse : aucun changement d’aa car chgt d’un codon sens en un codon ayant
le même sens (redondance du code) (pas d’ex dans le TP)
 La mutation peut être faux-sens : chgt de la séquence d’aa : m1 et z :
 mutation peut être non-sens : transformation d’un codon sens en un codon non-sens (stop) : la protéine
est tronquée (chaîne + courte ) : null 1
 mutations peut être décalantes : ce sont les mutations qui entraînent un décalage du cadre de lecture par
le ribosome du fait d’une addition ou une délétion d’un nombre de bases azotées différents d’un multiple
de 3 ; les modifications de la séquence polypeptidique sont généralement importantes et souvent on
observe aussi une modification de sa longueur par apparition d’un codon-stop anticipé ou retardé !
4 - Conséquences des mutations affectant des gènes de structure sur le phénotype macroscopique
Un gène de structure est un gène qui code une protéine qui ne régule pas un autre gène. Tous les gènes étudiés
jusqu’à maintenant sont des gènes se structure
- Certaines mutations n’ont aucun effet sur la réalisation du phénotype macroscopique car elles n’entraînent pas de
modification de l’activité du polypeptide fabriqué : la mutation est alors dite neutre
ex : toutes les mutations silencieuses et certaines mutations faux-sens (m1)
- dans le cas contraire, la mutation n’est pas neutre et le changement qu’elle entraîne au niveau du phénotype
macroscopique varie au cas par cas et dépend du génotype de l’organisme (homozygote ou hétérozygote) :
chez un homozygote :
(ex : z et null 1) les mutations modifient la réalisation du phénotype macroscopique de manière plus ou moins
importante selon les propriétés de la protéine fabriquée (totalement inactive ou pas )
Allèle null 1 → séquence d’aa plus courte → forme de αAT modifiée → inactivité de AT → non
inactivation de la protéase → destruction du tissu pulmonaire → phénotype macroscopique modifié =
[emphysème pulmonaire précoce ] (avt 30 ans)
allèle z → séquence modifiée (aa n° 366) → modification partielle de la forme de la protéine αAT →
inactivité partielle de AT → inactivation non totale de la protéase → destruction du tissu pulmonaire plus
tardive (60 ans) → phénotype macroscopique modifié mais plus tardivement = [emphysème pulmonaire
tardif]
chez un hétérozygote, les conséquences sont variées et dépendent des relations de dominance et récessivité pouvant
exister entre allèles ; pas d’ex dans le TP)
la variabilité phénotypique est donc moins importante que la variabilité génotypique pour toutes ces raisons
Conclusion
Au sein d’une espèce, le polymorphisme génique est responsable du fait que chaque individu est hétérozygote
pour un certain nombre de ses gènes (10 %) ; la reproduction sexuée, par le brassage allélique qu’elle crée,
amplifie alors considérablement cette variabilité génétique.
B – Duplication et diversité des gènes
TP 10
Si les mutations germinales sont sources variabilité en créant de nouveaux allèles pour des gènes existants, la
variabilité génétique est aussi due à l’apparition de nouveaux gènes
1 – Notion de famille multigénique
Une famille multigénique est un ensemble de gènes homologues c’est-à-dire des gènes qui présentent de très fortes
similitudes de séquences (≥ 50% ) ; ces gènes sont présents au sein d’une même espèce (même organisme). Ils ne
sont pas forcément situés sur le même chromosome.
Ex chez l’Homme : la familles des gènes des globines : δ, μ, α, β avec α1 et α2 identiques
Il existe un grand nombre de familles multigéniques (fig 19 p.99)
A ne pas confondre avec les gènes homologues appartenant à des espèces différentes issus aussi d’un gène
ancestral commun mais qui ne s’est pas dupliqué ; ces gènes témoignent seulement d’une origine commune des
taxons et leurs produits sont des polypeptides de même fonction (mutations neutres)
2 – Origine d’une famille multigénique : duplication génique + mutation
Les gènes d’une même famille sont issus de la duplication d’un même gène chez un ancêtre au sein d’une de
ses cellules germinales.
Une duplications génique consiste en l’apparition d’une copie d’un gène sur un chromosome à un locus
différent du 1er soit suite à une erreur de réplication (erreur de l’ADN polymérase) soit suite à une erreur de
recombinaison au cours de la méiose (échange de fragment non strictement homologue → après co, 2 allèles sur
une chromatide mais côte à côte (loci différents) , rien sur l’autre).
Comme les mutations, les duplications sont des évènements aléatoires, rares et leur nature ne dépend pas des
caractéristiques du milieu ; on les nomme parfois aussi des mutations au sens large
Au cours du temps, de générations en générations, les 2 copies vont être soumises à des mutations
germinales différentes : elles vont donc progressivement diverger par accumulation de ces mutations. Une
duplication peut être suivie d’une translocation (ou transposition), c’est-à-dire que les 2 copies du gène peuvent se
retrouver sur des K différents (Mauvais appariement de 2 K différents).
La divergence entre 2 copies peut conduire soit à la fabrication de protéines aux fonctions identiques : ex :
Chaînes des Hb, assurant toutes le transport d’O2. (la partie fonctionnelle n’est pas touchée ou plutôt les mutations
qui ont affecté cette partie n’ont pas été conservées), soit à la fabrication de protéines aux fonctions nouvelles (LH
et HCG) : la duplication génique peut donc permettre parfois l’apparition de nouvelles protéines et donc de
nouvelles caractéristiques phénotypiques.
Comme pour les allèles d’un gène, on peut tracer un arbre de filiation des différents gènes d’une même
famille en comparant les séquences de ces gènes et en utilisant des données paléontologiques répertoriant la
présence de certains de ces gènes chez des espèces apparues à des dates différentes.
→ Exo Type 2B bac
Conclusion :
Les génomes se sont modifiés et complexifiés au cours des générations successives grâce à des innovations
génétiques totalement aléatoires (le « hasard » !), dont la nature n’a pas été orientée par les caractéristiques du
milieu : les mutations et des duplications géniques .