I Polymorphisme génique, polymorphisme de l’espèce

1- Polymorphisme des gènes

Le génotype d’un individu est caractérisé par l’ensemble de ses gènes. Chaque gène est situé à un endroit précis sur le chromosome, le locus. La plupart des gènes sont polymorphes autrement dit ils existent sous plusieurs formes ou allèles. Sur une paire de chromosomes homologues, un gène existe sous forme de deux allèles. Si les deux allèles sont identiques, on parle d’homozygotie alors que si les deux allèles sont différents, il s’agit d’hétérozygotie.

2- Polymorphisme des individus

Le phénotype est l’expression des gènes. Il existe des allèles récessifs qui ne vont s’exprimer qu’à l’état homozygote. En revanche les allèles dominants s’exprimeront aussi bien à l’état homozygote qu’hétérozygote. Il arrive que deux allèles s’expriment conjointement dans le phénotype comme par exemple le groupe sanguin AB, ils sont alors dits co-dominants.

Les individus appartenant à la même espèce possèdent une organisation commune de leur génome mais ce dernier présente une grande variabilité d’un individu à l’autre responsable du polymorphisme interindividuelle.

3- Polymorphisme de l’espèce

Au sein d’une population donnée, les allèles des gènes ont des fréquences différentes. Un gène est dit polymorphe si au moins deux de ses allèles sont présents dans la population avec une fréquence supérieure à 1%. On estime qu’environ un tiers des gènes de l’espèce humaine est polymorphe. La fréquence respective des différents allèles, peut varier d’une population à l’autre au sein d’une même espèce.

Si on prend l’exemple du groupe sanguin, la fréquence des gènes A, B et O vont varier entre les espagnols, les hindous ou les amérindiens infirmant ainsi la notion de race et montrant ainsi la notion de polymorphisme des populations et de l’espèce.

II Mutations et innovation génétique

1- Les mutations

Une mutation est une brusque modification d’un fragment de séquence de nucléotides de l’ADN constitutif d’un gène. La plupart des mutations sont dues à des erreurs lors de la réplication de l’ADN ou à des remaniements chromosomiques. Leur fréquence est donc faible  (de l’ordre de 10^-6). Les mutations sont des phénomènes aléatoires. Cependant leur fréquence peut être augmentée par certains facteurs environnementaux appelés agents mutagènes (substances chimiques, Rayons UV…)

Les mutations peuvent être dites:

– ponctuelles: changement d’un seul nucléotide

– étendues : modification de plusieurs nucléotides

On en distingue plusieurs types :

– la substitution : remplacement d’un ou de quelques nucléotides par d’autres

– la délétion : perte d’un ou plusieurs nucléotides au sein d’une séquence

– l’addition : intercalation d’un ou plusieurs nucléotides au sein d’une séquence

2- Conséquences des mutations

Une modification de la séquence de nucléotides peut modifier la séquence d’acides aminés de la protéine modifiant ainsi le phénotype.

Les conséquences des mutations sur le phénotype sont très variables.

a- Cas des mutations par substitution

Dans certains cas, la modification d’un codon suite à une substitution ne modifie pas l’acide aminé à cause de la redondance du code génétique. On dit que la mutation est silencieuse et le phénotype ne sera pas modifié. Dans d’autres cas, la modification amène aux changements d’un ou plusieurs acides aminés. On parle de mutations faux sens. Elles peuvent aboutir à une perte ou à une diminution de fonctionnalité de la protéine synthétisée. Dans d’autres cas encore, le changement fait intervenir un codon stop ou codon non-sens qui entraîne l’arrêt prématuré de la synthèse polypeptidique.

b- Cas des mutations par délétion ou addition

Lors d’une délétion ou d’une addition, le cadre de lecture étant décalé, les modifications de la séquence d’acides aminés de la protéine sont souvent très importantes. Si la protéine est très raccourcie, ou si la mutation modifie une partie de la protéine importante pour sa fonction, la protéine ainsi  formée  est rarement fonctionnelle.

Une mutation ne sera transmise que si elle affecte les cellules sexuelles ou cellules germinales.
En revanche lorsqu’une mutation s’effectue sur les cellules somatiques (tout sauf les cellules germinales), la mutation n’est pas transmise à la descendance.

III Les familles multigéniques et l’innovation génétique

1- Les familles multigéniques

Les groupes de protéines synthétisées au sein d’une même espèce ont une configuration moléculaire très proche, ce qui montre qu’elles dépendent de gènes avec de grandes similitudes. L’analyse de ces gènes démontre que ces derniers occupent des loci différents sur un même chromosome ou sur des paires non homologues. Mais leurs séquences très similaires permettent de les regrouper en une famille multigénique.

2- L’innovation génétique

Les familles de gènes sont issues d’une ou plusieurs duplications de gène ancestral. Les copies créées peuvent soit rester sur le même chromosome soit migrer vers un autre chromosome: on parle alors de transposition.

Lorsque cette duplication n’est pas suivie de mutations, l’innovation génétique n’ est que quantitative

Mais lorsque les mutations suivent les duplications, l’innovation génétique qui en résulte peut avoir une portée beaucoup plus vaste sur les phénotypes. Si le nombre de mutations est relativement faible, les différents gènes obtenus coderont pour des protéines différents mais avec les mêmes fonction. En revanche si le nombre de mutations est important il en résulte des protéines avec des fonctions également différentes.

Les familles multigéniques proviendraient donc d’un gène ancestral commun qui aurait subi des duplications, transpositions et mutations au cours du temps. C’est l’ensemble de ces trois mécanismes qui aurait entraîné l’innovation génétique.