Chapitre 5 - L'Histoire Humaine Lue dans son Génome - 1ère Spe

Thème 1 : Transmission, Variation et Expression du Patrimoine Génétique Chapitre 5 : L’Histoire Humaine Lue dans son Génome https://ladigitale.dev/digiview/#/v/676fddb868087 Introduction : “ Les gènes sont une fascinante machine à remonter le temps depuis que nous savons faire...

Thème 1 : Transmission, Variation et Expression du Patrimoine Génétique Chapitre 5 : L’Histoire Humaine Lue dans son Génome https://ladigitale.dev/digiview/#/v/676fddb868087 Introduction : “ Les gènes sont une fascinante machine à remonter le temps depuis que nous savons faire “parler” non seulement l’ADN des Sapiens actuels, mais aussi celui de nos lointains ancêtres.” L’odyssée des Gènes, Evelyne Heyer (professeure en anthropologie génétique au MNHN) La paléogénétique est en plein essor et permet de reconstituer les principales étapes de l'histoire humaine. Dans le cadre d'un programme international (projet « génome humain »), les généticiens sont parvenus à séquencer, en 2004, les 3,2 milliards de paires de bases du génome humain. Grâce aux progrès, le séquençage* s'effectue de plus en plus rapidement et à moindre coût. Il est aussi possible de séquencer les génomes d'êtres humains disparus. *séquençage : procédé utilisé pour déterminer l’ordre (la séquence) des acides aminés d’une protéine ou des bases dans les acides nucléiques (ADN et ARN). Problématique : Comment reconstituer l'histoire humaine à partir de l'étude de son génome ? I/ Des techniques permettant de sequencer notre ADN 1/ Le principe du séquençage (voir Travail sur Temps Libre : le Séquençage du genome humain) Séquencer 1 fragment d'ADN consiste à identifier la succession des nucléotides. Les 1ères techniques de séquençage datent de la fin des années 70. Elles sont dues entre autres au britannique Frédéric Sanger. La technique repose sur la polymérisation de l'ADN en utilisant des nucléotides modifiés (d'abord radioactifs puis fluorescents). Utilisation de la Taq Polymerase : https://www.futura-sciences.com/sante/definitions/genetique-taq- polymerase-263/ En 2000 la technique a été automatisée ce qui a permis de séquencer le 1er génome humain en 2004 : 3 milliards de nucléotides pour 3 milliards d'euros. Actuellement, avec les progrès en miniaturisation et en informatique, le génome humain peut être séquencé en 1 journée pour un coût de moins de 1000 euros. La connaissance de ce génome humain et les progrès technologiques posent tout de même un certain nombre de questions techniques et éthiques (protection des données individuelles, discrimination...). 2/ Des séquences qui nous identifient (TP1 Missions 1 et 2) Dans l'ADN non codant, il existe des régions particulières : les microsatellites. Il s'agit de répétitions identiques de séquences de nucléotides de 2 à 5 bases. Selon les individus, un microsatellite peut comporter 1 nombre de répétitions qui est différent. Ils sont donc utilisés pour réaliser l'empreinte génétique d'un individu. 1 Les empreintes génétiques sont utilisées en médecine légale pour identifier des suspects. Elles permettent également de faire des tests de paternité (utilisent les minisatellites, plus grande séquence de nucléotides répétées). Illustration avec le Document 2p50 Belin 2019 Les humains sont très peu diversifiés génétiquement (différence génétique de 0,1%). Pour l'essentiel ces différences génétiques sont des différences ponctuelles d'un nucléotide appelées SNP (Single Nucléotide Polymorphism). Les SNP peuvent se retrouver au sein de régions codantes et non codantes. Ils sont à l'origine des différents allèles d'un gène. II/ Une reconstitution des principales étapes de l'histoire humaine (voir TP1 mission 3 et Travail sur Temps Libre - Activité 1 – les données fournies par le séquençage humain) Les progrès des méthodes de séquençage (amplification des fragments d'ADN par PCR) ont permis de séquencer et d'analyser les génomes d'êtres humains disparus depuis des millénaires tels que l'homme de Neanderthal ou l'homme de Denisova dont on a retrouvé des ossements dans une grotte en Sibérie occupée depuis près de 200 000 ans. Lorsque l'ADN est bien conservé dans les fragments osseux, les généticiens peuvent analyser les séquences d'ADN mitochondrial et d'ADN nucléaire. En comparant l'ADN mitochondrial de Denisova et les parties non codantes de son génome avec celles de Néanderthal, les généticiens ont constaté qu'il y avait trop de différences dans les séquences (plus de 1%0 ) pour qu'il s'agisse de la même espèce. La comparaison des génomes entre êtres humains fossiles et actuels permet également d'établir des relations de parenté. L'étude des séquences d'ADN nucléaire permet la réalisation d'un arbre phylogénétique différent de celui établi avec l’ADN mitochondrial. Les Denisoviens partagent avec les Néanderthaliens un ancêtre commun qu'ils ne partagent pas avec Homo sapiens. https://ladigitale.dev/digiview/#/v/676d8e7d9c07f 2  Métissage ? (Denny) Ces comparaisons ont également montré que certains gènes sont partagés entre les êtres humains actuels et fossiles. Par exemple les Eurasiatiques ont environ 2 % de leur génome qui viennent des Néandertaliens et les Papous de la Nouvelle Guinée ont environ 5% de leur génome originaire des Dénisoviens. Les généticiens ont conclu que de nombreux métissages avaient eu lieu lors des migrations entre populations anciennes aboutissant aux Homo sapiens actuels. Illustrations avec les documents 6 et 7 page 53 Belin 2019 3 Les généticiens ont également analysé la diversité allélique chez des individus de différentes populations. Au cours des migrations, le groupe d'humains qui s'en va n'emporte avec lui qu'une partie de la diversité allélique de la population d'origine. Ainsi au cours des différentes migrations, la diversité allélique diminue. C'est ce qui a permis aux généticiens d'établir une carte des migrations humaines depuis – 200 000 ans. https://ladigitale.dev/digiview/#/v/676d8c7c5e072 Carte des métissages au cours des migrations (Magnard 1ère SVT, modifié) 4 La conservation de certains allèles d'origine néandertalienne et dénisovienne dans les populations d'Homo sapiens actuels est lié au fait qu'ils offrent un avantage sélectif comme par exemple l'adaptation à l'altitude des tibétains. III/ Variabilité génétique et contraintes environnementales 1/ Exemple d'une sélection actuelle : la tolérance au lactose ( Voir travail sur Temps Libre – Activité 2 – les données fournies par le séquençage humain) Avec le développement de l'agriculture et de l'élevage laitier en Europe du nord et en Afrique, les individus porteurs du marqueur T étaient avantagés (car tolérants au lait). Ils se sont reproduits et ont transmis à leur descendance cette mutation. Par sélection naturelle, cette mutation s'est donc répandue rapidement dans la population. C'est pourquoi aujourd'hui la plupart des individus d'Europe du Nord et d'Afrique sont tolérants au lait, ce qui n'est pas le cas en Chine. 2/Exemple d'une sélection passée : la résistance à la peste Illustration avec le Doc7p51 Belin 2019 Au XIème siècle, des populations originaires du nord de l'Inde -les Roms- ont migré vers la Roumanie. En 1347 elles vont subir comme tous les européens la peste noire qui tuera 30% de la population européenne. Le génome des Roms européens est peu différent de celui des Roms restés en Inde à l'exception de mutations ponctuelles touchant certains gènes impliquées dans la réponse immunitaire (gènes codant pour les récepteurs TLR). Ces mutations sont également retrouvées dans le génome des roumains européens. Ces mutations ont permis aux individus qui les portent de développer une réaction immunitaire plus intense (sécrétion plus importante de médiateurs chimiques intervenant dans la réaction inflammatoire) et de résister ainsi à la peste. En favorisant la survie des individus porteurs de ces mutations, la peste noire aurait ainsi exercé une très forte pression de sélection sur le génome des Européens dans toutes les régions frappées par la pandémie. En conclusion l'étude des allèles présents dans le génome des individus permet d'en connaître davantage sur leur environnement de vie ou sur les contraintes externes subies par leurs ancêtres au cours de l'histoire. 5 Schéma bilan 6 7 Fiche Mémo à Construire sur le Chapitre 5 = Révisions Efficaces des Notions importantes du cours Questions Réponses 8