Mutations et variabilité génétique
Et si une simple erreur de copie de l'ADN était à l'origine de toute la diversité du vivant ?
Introduction
Chaque être humain est unique. Cette unicité trouve son origine dans les variations de notre ADN. Mais d'où viennent ces différences ? Elles proviennent d'erreurs aléatoires survenant lors de la réplication de l'ADN ou sous l'effet d'agents environnementaux : ce sont les mutations. Loin d'être toujours néfastes, ces modifications du matériel génétique sont le moteur de l'évolution et la source de toute la biodiversité.
Pourquoi deux frères et sœurs, qui partagent pourtant les mêmes parents, ne sont-ils pas identiques ?
1🧬 Qu'est-ce qu'une mutation ? Définitions et échelles
Une mutation est une modification rare, aléatoire et non orientée de la séquence nucléotidique de l'ADN. Elle peut survenir dans n'importe quelle cellule, à n'importe quel moment. On distingue trois niveaux d'analyse :
Modification affectant un ou quelques nucléotides d'un gène. C'est l'échelle la plus fine.
Modification de la structure d'un chromosome (délétion, duplication, inversion, translocation).
Modification du nombre de chromosomes (aneuploïdie comme la trisomie 21, ou polyploïdie).
Pour être transmise à la génération suivante, une mutation doit impérativement affecter les cellules germinales (spermatozoïdes ou ovules). Une mutation dans une cellule somatique (peau, foie...) ne sera pas héréditaire.
2⚡ Les mutations ponctuelles et leurs conséquences sur les protéines
Les mutations géniques sont classées selon leur effet sur la séquence codante d'un gène. Leur impact sur la protéine synthétisée dépend de la nature du changement et de sa localisation.
Représentation schématique des mutations par substitution, addition et délétion d'un nucléotide sur un brin d'ADN et leur effet sur le cadre de lecture.
- 1. Séquence d'ADN originale
- 2. Substitution (remplacement)
- 3. Addition (insertion)
- 4. Délétion (perte)
- 5. Cadre de lecture décalé
Remplacement d'un nucléotide par un autre. Peut être silencieuse (même acide aminé), faux-sens (acide aminé différent) ou non-sens (codon stop prématuré).
Insertion ou perte d'un ou plusieurs nucléotides. Provoque généralement un <strong>décalage du cadre de lecture</strong> (mutation frameshift), altérant toute la séquence protéique en aval.
La drépanocytose est causée par une substitution dans le gène de la bêta-globine (un A est remplacé par un T), conduisant au remplacement d'un acide glutamique par une valine. Cette petite modification altère la forme des globules rouges.
3☢️ Origines des mutations : erreurs et agents mutagènes
Les mutations ont deux grandes origines : des erreurs spontanées du système de réplication/ réparation de l'ADN, ou l'action d'agents physiques ou chimiques de l'environnement.
Un mutagène augmente la fréquence des mutations. Un cancérigène provoque le cancer, souvent en altérant l'ADN (beaucoup de mutagènes sont donc cancérigènes).
Exemples d'agents mutagènes :
- Physiques : Rayons UV (liaisons entre thymines), rayons X (cassures de l'ADN).
- Chimiques : Benzopyrène (fumée de cigarette), agents alkylants.
- Biologiques : Certains virus qui insèrent leur ADN dans le génome.
4🎲 Mutations, allèles et variabilité : la matière première de l'évolution
Une mutation crée un nouvel allèle d'un gène. L'ensemble des allèles différents pour un gène donné, au sein d'une population, constitue le polymorphisme génétique.
Version différente d'un même gène, résultant d'une ou plusieurs mutations. Les allèles se distinguent par leur séquence nucléotidique.
Le devenir d'un nouvel allèle dans une population dépend de ses conséquences sur le phénotype et donc sur la valeur sélective (fitness) de l'individu qui le porte :
- Mutation neutre : Aucun effet détectable sur le phénotype. Elle peut se fixer ou disparaître par dérive génétique.
- Mutation délétère : Réduit la fitness. Elle est généralement éliminée par sélection naturelle.
- Mutation avantageuse : Augmente la fitness. Elle a une probabilité plus grande d'être conservée et de se répandre dans la population.
Les mutations sont aléatoires par rapport aux besoins de l'organisme. C'est la sélection naturelle, elle, qui est non aléatoire et oriente l'évolution en favorisant les allèles avantageux dans un contexte donné.
Vocabulaire
Modification rare, aléatoire et héréditaire de la séquence de l'ADN.
Ex: Une substitution dans le gène CFTR est responsable de la mucoviscidose.
Version alternative d'un gène, différant par sa séquence nucléotidique.
Ex: Les allèles A, B et O du gène des groupes sanguins.
Existence, au sein d'une population, de plusieurs allèles pour un même gène.
Ex: La présence des groupes sanguins A, B, AB et O dans la population humaine.
Agent physique, chimique ou biologique capable d'augmenter la fréquence des mutations.
Ex: Les rayons ultraviolets (UV) du soleil.
Type de mutation ponctuelle où un nucléotide est remplacé par un autre.
Ex: Changement d'un A en G sur un brin d'ADN.
Substitution qui change un codon, conduisant à l'incorporation d'un acide aminé différent dans la protéine.
Ex: Mutation responsable de la drépanocytose.
Substitution qui crée un codon stop prématuré, tronquant la protéine.
Ex: Certaines mutations du gène p53, un suppresseur de tumeur.
Substitution qui ne modifie pas l'acide aminé codé, en raison de la redondance du code génétique.
Ex: Changement CCT → CCC, tous deux codent pour la Proline.
