Thème 1A : Transmission, Variation et Expression du Patrimoine Génétique PDF

THÈME 1A : TRANSMISSION, Chapitre 4 : VARIATION ET EXPRESSION L’histoire humaine lue DU PATRIMOINE GÉNÉTIQUE dans son génome 1ère Spécialité SVT- Sandrine Delahaye  Chapitre 4 : L’histoire humaine lue dans son génome I. Le séquençage du génome humain A. L...

THÈME 1A : TRANSMISSION, Chapitre 4 : VARIATION ET EXPRESSION L’histoire humaine lue DU PATRIMOINE GÉNÉTIQUE dans son génome 1ère Spécialité SVT- Sandrine Delahaye  Chapitre 4 : L’histoire humaine lue dans son génome I. Le séquençage du génome humain A. La méthode de séquençage de Sanger B. Connaître le génome humain II. Génomes fossiles et histoire de l’humanité A. Lignée humaine B. L’héritage des Néandertaliens et des Dénisoviens dans certaines populations actuelles C. Calculer le nombre théorique d’ancêtres IV. Les génomes actuels : témoins de l’histoire humaine A. La tolérance au lactose: une sélection naturelle associée aux changements de société B. Un allèle de Denisovien qui aide les Tibétains à vivre en altitude  Comment sommes-nous parvenus à séquencer l’intégralité du génome humain? Quelles informations les génomes apportent-ils sur la diversité génétique des humains? I. Le séquençage du génome humain A. La méthode de séquençage de Sanger Le séquençage de l'ADN consiste à déterminer l'ordre d'enchaînement des nucléotides pour un fragment d’ADN donné. La séquence d’ADN contient l’information nécessaire aux êtres vivants pour survivre et se reproduire. Le séquençage génétique de Sanger est un moyen de déterminer l'ordre des quatre nucléotides dans un brin d'ADN. Il est devenu indispensable dans les domaines de la recherche de base, de la biotechnologie, de la médecine légale et du diagnostic médical. Ainsi, la méthode Sanger a permis de séquencer la totalité du génome humain : il comprend 3 Fred Sanger milliards de paires de bases. (Nobel Prize in Résultat du séquençage par la Chemistry in 1980.) méthode de Sanger. L'ordre de chaque bande indique la position d'un nucléotide A,T,C ou G En 1977, Frederick Sanger invente une méthode de séquençage de l'ADN par synthèse enzymatique. L'ADN polymérase va progressivement synthétiser un nouveau brin en utilisant des nucléotides normaux ou fluorescents. D'abord utilisée pour des petits fragments d'ADN, cette méthode sera progressivement améliorée pour gagner en rapidité et analyser des génomes entiers. Les premiers génomes entiers ont été séquencés avec la méthode de Sanger. À gauche : radiographie qui montre les colonnes et les bandes pour les quatre nucléotides. À droite : les bandes et la manière dont on peut les utiliser pour déterminer l’ordre des nucléotides  B. Connaître le génome humain Proportion de Proportion de Date du 1er Taille du Nombre de gènes à la gènes séquençage génome gènes fonction condants Quelques connue caractéristiques du génome humain. 3 milliards (Homo sapiens) de paires 30 000 à 2004 de 3% Environ 45% 60 000 nucléotides (bases) La comparaison des génomes permet de différencier les individus, mais confirme aussi la grande proximité génétique entre tous les êtres humains actuels, ce qui témoigne de leur parenté. (Manuel p.68) La diversité des allèles au sein d’une même espèce permet une variabilité génétique extraordinaire. Grâce au séquençage de l’ADN, il a été possible de recenser des millions de sites de variations entre génomes traduisant pour une même espèce, des fréquences d’allèles très différentes. Différents tests génétiques sont maintenant disponibles. Par exemple, de nombreuses entreprises sont spécialisées dans la généalogie génétique ou en dépistage de gènes impliqués dans le développement de cancer. Le risque de cancer du sein ou de l’ovaire augmente considérablement, bien avant 50 ans, pour les femmes qui portent certaines mutations génétiques BRCA1 ou BRCA2. Selon l’Institut national du cancer, deux femmes sur 1000, en France, seraient porteuses d’une mutation des gènes BRCA1 ou BRCA2 qui augmente considérablement le risque d’avoir un cancer du sein ou de l’ovaire, même avant 40 ans. Une particularité génétique qui poussa d’ailleurs l’actrice Angelina Jolie, en 2013, à se faire enlever ses seins dans l’espoir d’éviter un cancer. Que nous apprennent les génomes d’humains actuels et disparus sur l’histoire de l’humanité?  II. Génomes fossiles et histoire de l’humanité A. Lignée humaine Quand on parle de connaître l’histoire humaine, on ne parle pas de connaître l’histoire politique de notre espèce actuelle mais notre histoire biologique et donc celle de la lignée humaine. On appelle « lignée humaine », l’histoire évolutive des Hominines à partir du plus récent ancêtre commun à l’homme et au chimpanzé. Même si actuellement la lignée humaine n’est représentée que par notre seule espèce Homo sapiens, il y a eu par le passé d’autres genres humains : des paranthropes, des australopithèques, les kényanthropes…  B. L’héritage des Néandertaliens et des Dénisoviens dans certaines populations actuelles Le séquençage du génome d’êtres humains fossiles, comme le Néandertaliens, et leur comparaison avec les génomes actuels nous renseignent sur l’histoire de l’humanité. En effet, des chercheurs* ont pu analyser le génome de 257 individus provenant de 120 populations non africaines. Ils ont ainsi démontré que des allèles d’origine néandertalienne et dénisovienne sont présents actuellement dans les génomes d’Homo sapiens. Ainsi, on peut maintenant affirmer que certains Homo sapiens sont issus d’un accouplement entre un Homo sapiens et un Neandertalien ou entre Homo sapiens et un Dénisovien. Ceci nous a permis d’établir par exemple, des cartes migratoires de l’espèce Homo sapiens depuis l’Afrique, réalisées à partir de l’étude de données fossiles, génétiques et archéologiques (doc.2 p.71). *Sriram Sankararaman, Harvard Medical School de Boston. C. Calculer le nombre théorique d’ancêtres Il est possible de calculer le nombre théorique d’ancêtres d’un être humain en fonction du temps écoulé et donc du nombre moyen de générations. On considère qu’une génération dure 29 ans avant d’avoir des descendants. Ainsi, en 1000 ans, on peut considérer qu’il y a eu 34 générations. On peut ainsi calculer que pour un individu actuel, le nombre théorique d’ancêtres serait de 234= 17 179 869 184 ancêtres !!! En 10 000 ans, le nombre théorique d’ancêtres pour un individu actuel : 2340= …. !!! III. Les génomes actuels : témoins de l’histoire humaine A. La tolérance au lactose: une sélection naturelle associée aux changements de société (manuel p.72 et 73) Le lactose, principal glucide du lait, est formé par d’une molécule de glucose et de galactose. Son absorption nécessite au préalable une hydrolyse réalisée par la lactase, enzyme que l’on trouve dans la membrane de notre intestin. Les adultes humains n’ont pas la même aptitude à digérer le lactose. Certains n’ont qu’une aptitude très faible à digérer le lactose car ils ne produisent plus de lactase (ou très peu). Ils sont dits « lactase non persistants LNP » ou intolérants au lactose. Les autres dits « lactase persistants LP» gardent l’aptitude à digérer le lactose durant toute leur vie car leurs cellules intestinales continuent à produire de la lactase. (Rem: tous les individus LP ou LNP durant les premières années de la vie produisaient de la lactase.) La fréquence du phénotype LP à l'échelle mondiale est estimée à 35% mais varie considérablement suivant les populations. Les plus fortes fréquences sur le continent européen sont observées dans le nord- ouest de l'Europe, en particulier dans les îles britanniques et la Scandinavie où elles varient entre 89% et 96%. On constate un déclin du phénotype LP du nord au sud et de l'ouest à l'est de l'Europe. Dans l'est de l'Asie, la fréquence est très faible. En Afrique, la distribution est hétérogène avec de forts contrastes entre populations voisines. Fréquence du phénotype LP dans la population mondiale On a constaté que le phénotype LP, résulte de mutations survenues dans la région régulatrice du gène de la lactase dans diverses populations. Ces mutations ont eu pour effet de prolonger chez l’adulte l’expression du gène de la lactase et donc de conduire au même phénotype. Des facteurs environnementaux et culturels ont contribué à l’expansion de ces mutations dans ces populations. En effet, l’hypothèse avancée est que c’est la domestication du bétail, chèvres, brebis et vaches, etc. donc le passage d’une société de cueilleurs-chasseurs à une société de fermiers éleveurs qui a créé le nouvel environnement ayant permis l’évolution biologique du phénotype LNP au phénotype LP. On parle ainsi de sélection naturelle. B. Un allèle de Dénisovien qui aide les Tibétains à vivre en altitude (voir Activité 3- manuel p.75) Il y a plus de 30000 ans, on imagine des rencontres en Asie entre des Dénisoviens et des sapiens, rencontres ayant conduit à l’intégration de fragments d’ADN de Dénisoviens chez cette population de sapiens. Les denisoviens devaient posséder les caractéristiques génétiques d’un gène particulier : le gène EPAS1 adaptant l’organisme à la haute altitude. Il y a 20000 ans environ, ce groupe humain semble s’être séparés en deux groupes, celui des Hans et celui des Tibétains. L’allèle EPAS1 (au sens allèle d’un gène) devait être peu fréquent au début dans la population de Tibétains mais, lorsque ceux-ci se sont établis à de hautes altitudes, il s’est répandu au fil des générations sous l’action de la sélection naturelle. Par contre dans la population des Hans restés à basse altitude, la possession de cet allèle n’apportait aucun avantage sélectif et il y a quasiment disparu.  BILAN Notions fondamentales: Séquençage, Diversité allélique, relations de parenté, variation génétique, fossile, sélection naturelle. Bilan connaissances: - La diversité allélique entre les génomes humains individuels permet de les identifier et, par comparaison, de reconstituer leurs relations de parentés. - Grâce aux techniques modernes, on peut connaître les génomes d’êtres humains disparus à partir de restes fossiles. En les comparant aux génomes actuels, on peut ainsi reconstituer les principales étapes de l’histoire humaine récente. - Certaines variations génétiques résultent d’une sélection actuelle (tolérance au lactose, résistance à la haute altitude) ou passée (résistance à la peste).