Synthèse sur la génétique du cours de C. Hachez PDF

🧬 Génétique Partie 1 = branche de la biologie qui étudie les lois de l'hérédité, c’est-à-dire l’étude des caractères hérités d’une génération à l’autre lors du processus de reproduction. La génétique comprend trois approches i...

🧬 Génétique Partie 1 = branche de la biologie qui étudie les lois de l'hérédité, c’est-à-dire l’étude des caractères hérités d’une génération à l’autre lors du processus de reproduction. La génétique comprend trois approches interconnectées : La génétique formelle: se concentre sur la transmission des caractères génétiques d’un individu à ses descendants La génétique moléculaire: étudie le support physique de l’information génétique La génétique des populations: examine l’évolution des traits génétiques au sein d’une population. Les expériences de Mendel: Avant Mendel: on pensait que les caractères des enfants étaient hérités des parents par un mélange d’essences représentant et provenant des différentes parties du corps, qui se mélangeaient au moment de la fécondation. Mendel au contraire a proposé que les caractères des enfants sont hérités des parents sous forme d’ “unités discrètes” (= facteurs) qui se conservent intactes et sont transmises d’une génération à la suivante. → Mendel a donc inventé la notion de gènes Expérimentalement, il a aussi compté les individus pour tirer des conclusions de ses expériences → Analyse statistique de ses échantillons Mendel travailla sur l'hérédité de différents caractères, définis comme une propriété spécifique ou une caractéristique d'un organisme. Pour chacun des caractères, Mendel s'assura préalablement que les individus qu'il utilisait formaient une lignée pure. Génétique 1  Lignée pure: un ensemble d'individus qui, par autofécondation ou fécondation croisée, donnent une descendance ne présentant pas de variation pour le caractère étudié. Les expériences de Mendel ont porté sur des paires de lignées pures qui ne différaient entre elles que pour un seul caractère. Chaque caractère pouvait prendre deux formes ou phénotypes (du grec : "la forme qui est montrée") Les observations → Les rapports en F2 sont toujours 3:1, et un phénotype disparait toujours en F1 Monohybridisme A partir de ses expériences, Mendel a pu comprendre trois choses sur la nature de l’hérédité Pas de descendant d’aspect intermédiaire Pour chaque paire de formes possible d’un caractère, il en est une qui ne s’est pas exprimée en F1 mais est réapparue en F2 Ces caractères se sont exprimés en F2 dans un rapport de ¾ de dominants pour ¼ de récessifs. On parle de rapport mendélien pour cette ségrégation caractéristique 3:1 Génétique 2  💡 Terminologie Hétérozygote = individus caractérisés par 2 formes différentes (A ou a) d’un gène Homozygote = individus en lignée pure (AA ou aa) pour le gène considéré La constitution génétique d’un ou plusieurs caractères qu’on étudie est appelée génotype. Génotype = représenté par une combinaison de deux lettres : une majuscule et/ou une minuscule (AA, Aa ou aa). Aa et AA sont 2 génotypes différents qui donnent le même phénotype Phénotype = trait observable chez un individu ou l’expression du génotype. Le phénotype qu’on observe chez un individu dépend de son génotype pour le caractère étudié. Si un allèle dominant est présent en une ou deux copies dans le génotype, le trait dominant est exprimé. Par contre, si un allèle récessif est présent en deux copies dans le génotype, le trait récessif est exprimé. La dominance d’un phénotype se remarque par analyse de le F1. Les deux formes A et a d’un gène sont appelées les allèles de ce gène Les deux allèles d’un gène différent par quelques nucléotides de leur séquence. Ce sont des variantes d’un même gène. Le modèle des cinq éléments de Mendel 1. Il n’y a pas de mélange d’essences conférant une hérédité. Il existe des déterminants génétiques particulaires : particules génétiques discrètes transmises intactes à la descendance. ( = gènes) 2. Chaque individu reçoit un exemplaire de chaque gène provenant de chacun des parents (2 copies d’un gène par individu). Génétique 3  3. Les différentes formes d’un gène sont les allèles. Si l’individu porte deux allèles identiques pour un gène donné =>homozygote, S’il porte deux allèles différents => hétérozygote. Cette paire d’allèles influence un caractère 4. Les deux membres de la paire d’allèles se séparent, ségrègent également lors de la formation des gamètes. Les deux allèles restent distincts: un seul allèle de la paire se retrouve dans chaque gamète. 5. Dominance et récessivité entre allèles: La présence d’un allèle particulier ne garantit pas que le caractère qu’il code s’exprimera dans un individu qui le possède. Chez les individus hétérozygotes, un seul allèle (le dominant) s’exprime, tandis que l’autre (le récessif) est présent mais ne s’exprime pas. Première loi de Mendel Loi d'uniformité des hybrides de première génération Le croisement de deux lignées pures qui ne diffèrent que par un seul caractère donne en première génération, ou F1, une population homogène et semblable à l'une des lignées parentales. Le facteur dominant masque le facteur récessif. Mendel a noté le facteur dominant à l’aide d’une majuscule et l’autre, le récessif, à l’aide de la même lettre mais en minuscule Deuxième loi de Mendel Loi de la ségrégation égale des allèles (Loi de disjonction des allèles): Lors de la formation des gamètes, les deux membres d’une paire de gènes se séparent de façon à ce que la moitié des gamètes portent uniquement un membre de cette paire de gènes et l’autre moitié des gamètes, l’autre membre de la paire de gènes Généralisation symbolique d’un croisement monohybridisme Génétique 4  Le dihybridisme: principe de ségrégation indépendante Génétique 5  Troisième loi de Mendel Loi de la ségrégation indépendante des caractères héréditaires multiples Lors de la formation des gamètes, la ségrégation des allèles d’un gène est indépendante de la ségrégation des allèles d’un autre gène. Attention: Cette règle ne s'applique que si les gènes responsables des caractéristiques se situent sur différents chromosomes (gènes non-liés) ou s'ils sont suffisamment éloignés sur le même chromosome pour apparaître non-liés. Génétique mendélienne simple chez les humains Chromososme autosomes = gène présent sur des chromosomes non sexuel Génétique 6  Exemple de monohybridisme: l’albisnimse, dû à un allèle récessif c d’un gène. Les homozygottes cc sont albinos Pour la petite histoire La recherche de Mendel passa inaperçue auprès de la communauté scientifique internationale, oubliée pendant 35 ans… Jusqu’à ce que des observations Génétique 7  similaires fussent publiées indépendamment par plusieurs autres chercheurs en 1900. Sans doute étaient-elles, en 1865, purement théoriques puisque les chromosomes n’avaient pas été étudiés (découverts en 1882 par Strasburger), la méiose n’était pas connue (découverte en 1883 par Van Beneden et Bovi), et donc les particules génétiques de Mendel ne pouvaient être mises en évidence… La recherche montra alors rapidement que chez tous les eucaryotes, ces lois de Mendel s’appliquaient et étaient basées sur les ségrégations chromosomiques qui ont lieu lors de la méiose. => Chromosomes comme supports physiques de l’hérédité génétique Méiose et théorie choromosomique de l’hérédité Parallèle entre les comportements des chromosomes et celui des particules génétiques de Mendel lors de la méiose: Paires de chromosomes et d’allèles Séparation des chromosomes homologues (autosomes et chromosomes sexuels) et des allèles en méiose (2ème loi de Mendel) Indépendance de la ségrégation des chromosomes paternels et maternels (brassage entre chromosomes, Anaphase I) et des allèles (3ème loi de Mendel) Pénétrance et expressivité d’un phénotype Les lois de Mendel prescrivent qu’un individu hétérozygote pour un caractère dominant présente systématiquement le phénotype correspondant. Il arrive cependant que la fréquence d’un phénotype dominant dans une population soit inférieure à ce que prévoit la distribution des génotypes. Le gène dominant considéré s’exprime moins souvent ou/et moins intensément que prévu. → La manière dont le génotype est traduit en phénotype dépend de la pénétrance et de l’expressivité. 1. La pénétrance Génétique 8  Pourcentage des individus ayant un génotype donné q montrant le phénotype correspondant. Ce rapport, compris entre 0 et 100%, est qualifié de taux de pénétrance. La pénétrance correspond à l'expression ou non du gène. Elle correspond au nombre de sujets porteurs du gène et exprimant le caractère lié à ce gène Un taux inférieur à 100% suppose que l’expression du gène dominant concerné dépend d’autres gènes ou combinaisons de gènes, de facteurs du milieu, du sexe de l’individu…. 2. Expressivité Degré d’expression phénotypique d’un génotype donné. L’expressivité détermine l’étendue ou le nombre de caractéristiques apparaissant chez l’individu porteur du gène. Un gène peut être plus ou moins exprimé en fonction de la présence d’autres gènes ou des conditions du milieu. L’expressivité, qui peut être exprimée en pourcentage, peut être totale ou minimale, voire absente. Divers facteurs, y compris la constitution génétique, des facteurs environnementaux, l’âge et le sexe de l’individu peuvent affecter l’expressivité. Pénétrance et expressivité peuvent varier ensemble : les sujets porteurs du gène peuvent ou non exprimer le caractère associé et chez les sujets présentant le caractère, la façon dont celui-ci est exprimé peut varier. → Apparition de phénotypes intermédiaires qui se distribueront de façon continue entre les deux phénotypes extrêmes. Génétique 9  Cas particuleir d’hérédité mendelienne Les lois de Mendel fonctionnent chez beaucoup d’eucaryotes mais la situation est souvent plus complexe et d’autres niveaux d’explications doivent être ajoutés pour rendre compte de nombreuses situations. L’interprétation de Mendel est, en fait, assez simpliste: Allèles à dominance/récessivité complète Pas d’allèles multiples Pas d’interactions gènes-environnement. Pas d’interactions entre gènes Gènes étudiés par Mendel: Récessivité ou dominance complète => Il existe d’autres cas: La dominance incomplète: Le phénotype des hétérozygotes est intermédiaire à celui des homozygotes La co-dominance et le cas des allèles multiples: Dans une population, la plupart des gènes possèdent plusieurs allèles différents et souvent aucun d’eux n’est dominant: chacun a son propre effet et l’hétérozygote possède des caractères phénotypiques des deux homozygotes On peut distinguer la co-dominance de la dominance incomplète par l’apparence de l’hétérozygote. Phénotype intermédiaire => dominance incomplète Présence de caractères définit par chaque allèle => co-dominance Génétique 10  La co-dominance Les groupes sanguins ABO illustrent la co-dominance et les allèles multiples. Il y a 3 allèles du gène I: IA, IB et i. IA et IB sont tous deux dominants sur i (Types A et B), mais co-dominants entre eux (type AB). Le génotypes responsables des différents types sanguins sont donnés avec les phénotypes correspondants) La transmission des caractères au-delà des lois de Mendel Si tous les gènes se transmettaient strictement selon les lois de Mendel, la génétique formelle serait relativement « simple ». Cependant, la transmission de nombres de gènes semble pourtant « désobéir » aux lois de Mendel. Leur transmission et/ou leur expression dépendent en partie d’autres paramètres que ceux de dominance/récessivité et de ségrégation indépendante. Les principales catégories de ces gènes à transmission « non mendélienne » sont présentées ci-dessous: 1. Les allèles létaux Génétique 11  2. Les gènes liés 3. L’hérédité liée au sexe 4. Les gènes mitochondriaux Des modes d’expression particuliers sont aussi responsables du fait que certains gènes ne semblent pas obéir aux lois de Mendel: L’inactivation aléatoire du chromosome X L’empreinte génomique ou parentale Les interactions entre gènes 1. Les allèles létaux = Allèles qui affectent la viabilité de l’organisme qui le psossède Ils occasionnent des troubles métaboliques, des malformations graves, des insuffisances fonctionnelles majeures susceptibles d’entraîner la mort à tous les stades de la vie, depuis le développement embryonnaire jusqu’à la vieillesse. Un allèle létal peut être récessif, dominant ou co-dominant S’il est récessif (cas le plus fréquent pour les allèles létaux), le phénotype n’apparaîtra que chez l’homozygote portant ces allèles mutés dont il occasionnera la mort plus ou moins précocement. Cet allèle muté se maintiendra dans la population sous la forme de porteurs sains hétérozygotes 2. Les gènes liés = Gène qui se transmettent ensemble Génétique 12  La liaison génétique est le résultat de la proximité physique entre les gènes sur un même chromosome et est mesurée en termes de fréquence de recombinaison. Lorsque deux gènes sont étroitement liés, ils ont tendance à être transmis ensemble de génération en génération, sauf si une recombinaison se produit entre eux lors de la formation des cellules reproductrices (via les crossing over lors de la méiose). Il convient de noter que les gènes liés ne sont pas nécessairement responsables de la même fonction biologique ou de caractéristiques similaires. La recombinaison et la distance génétique: L'unité de distance génétique est le centiMorgan (cM). Elle correspond à un segment de chromatide sur lequel la probabilité qu’un crossing-over s'effectue est de 1 %. Relation entre distance réelle et fréquence des recombinaisons. Plus la distance qui sépare deux loci sur un même chromosome est grande, plus la fréquence de recombinaison est élevée. Deux allèles très proches se transmettront quasi systématiquement ensemble, mais deux allèles éloignés risquent davantage d’être dissociés par recombinaison. → Quand la fréquence de recombinaisons atteint 50%, les gènes apparaissent non-liés À partir de la découverte des gènes liés et de la recombinaison par enjambement, une méthode permettant de calculer la distance génétique entre deux gènes liés fut mise au point. Génétique 13  La distance génétique se calcule à partir de la fréquence de recombinaison ( Fr ): Postulat de la méthode: La fréquence de recombinaison augmente avec la distance séparant les gènes. Cette distance génétique se mesure en « Unité de carte génétique: u.g. » ou centiMorgan (cM) Inversément, quand on connait la distance génétique (en cM) entre 2 gènes, on peut prédire la fréquence des recombinants dans un croisement. 3. L’hérédité liée au sexe Chez la plupart des organismes sexués, le sexe est déterminé par une formule chromosomique particulière pour chaque sexe. Chez l’homme et tous les mammifères, le déterminisme du sexe est de type XY. Les deux sexes possèdent une série de paires d’autosomes (22 chez l’être humain) hérités de leurs parents ainsi que deux chromosomes sexuels (ou gonosomes) qui déterminent leur sexe. Chez les mammifères, la femelle possède deux chromosomes sexuels homologues X et est donc notée (XX) et le mâle possède deux chromosomes sexuels hétérologues, X et Y, et est donc noté (XY) → pas universel. X et Y s’associent parfaitement en méiose Au cours de la méiose, les chromosomes X et Y vont se séparer: 4 spermatozoïdes/cellule subissant la méiose: 2 X et 2 Y Les ovules seront toujours X Le sexe ne présentant qu’un seul type de chromosome sexuels (XX ♀) est homogamétique, l’autre (XY ♂) est hétérogamétique Lors de la fécondation, zygotes XX : ♀, et zygotes XY :♂ Génétique 14  Les chromosomes X et Y ne sont pas homologues, c. à d. qu’ils ne contiennent pas la même série de gènes. Le chromosome X est souvent (beaucoup) plus grand et porte de nombreux gènes que ne porte jamais le chromosome Y. Ce dernier possède quelques gènes qui lui sont particuliers et qui interviennent dans le développement des organes sexuels mâles. Cependant, les chromosomes X et Y ont conservé une région en commun, la région pseudoautosomale (pairing region), qui leur permet de se reconnaître lors de la méiose et de s’apparier. Les gènes présents sur les régions différentielles sont dits hémizygotiques, et ils peuvent montrer un schéma d’héritabilité lié à l’X ou à l’Y. Les gènes sur la région pseudoautosomale sont liés à l’X et à l’Y. Tous les gènes sur X ou Y sont dits gènes liés au sexe quoiqu’ils ne gouvernent pas tous des phénomènes sexuels. La transmission des gènes portés exclusivement par le chromosome X ne se fait donc pas selon les lois de Mendel comme constaté pour un gène situé sur une paire d’autosomes mais présente des caractéristiques particulières en raison des différences dans la manière dont les chromosomes sexuels sont hérités entre les Génétique 15  hommes et les femmes. → On parle d’hérédité liée à l’X Exemples d’hérédité liée à l’X chez l’homme: Ceci est généralement causé par un allèle récessif (muté) porté par l’X Beaucoup plus d’hommes que de femmes affectés puisqu’un seul allèle muté provoque le phénotype chez un homme alors que deux copies mutées sont nécessaires pour observer le phénotype chez une femme. L’inactivation aléatoire du chromosome X Chez les mammifères (♀ sont XX), un des chromosomes X est inactivé (n’importe lequel), tôt au cours du développement et cette inactivation va persister dans toutes les cellules subséquentes = Compensation de dose garantissant le même niveau d’expression des gènes présents sur X L’inactivation du chromosome X (qui concerne toutes les cellules d’un individu ♀ chez les animaux) peut entrainer des modifications génétiques. Chez les femelles, mosaique de cellules où soit un chromosome X est inactivé aléatoirement, soit l’autre. Le chromosome X inactivé forme un corpuscule de Barr dans le noyau. Si la femelle est hétérozygote pour un gène lié à l’X, les mosaïques pourront avoir un phénotype différent. Gènes influencés par le sexe Génétique 16  Gènes sur autosomes mais où le phénotype de l’hétérozygote est différent chez le mâle et la femelle (mais même phénotype pour les deux homozygotes). Les relations de dominance/récessivité entre allèles sont influencées. Rôle des hormones sexuelles, qui interviennent quelque part dans la détermination du phénotype, outre le gène considéré. Exemple: calvitie 4. Les gènes mitochondriaux Les gènes mitochondriaux sont transmis par le parent femelle Pour rappel, les mitochondries possèdent leur propre génome mitochondrial => On peut faire remonter les mitochondries de toutes les cellules d’un organisme adulte aux mitochondries d’origine maternelle. Ce mode d’hérédité uni-parentale à partir de la mère est l’hérédité maternelle. L’empreinte génomique ou parentale Pour certains gènes, l’hérédité dépend de l’origine parentale (=> transmission non- mendélienne!) On parle d’empreinte génomique quand le phénotype correspondant à un allèle spécifique apparaît si l’allèle provient d’un parent mais pas de l’autre L’origine parentale des allèles détermine l’expression du phénotype ou pas. Génétique 17  Dans l’empreinte génomique, l’expression d’un gène dépend du passage par la lignée germinale maternelle ou paternelle. Certains gènes sont inactivés dans la lignée germinale paternelle et ne s’expriment pas dans le zygote. D’autres sont inactivés dans la lignée germinale maternelle, avec le même résultat. Cette empreinte génomique implique des mécanismes épigénétiques (méthylation de l’ADN ou modification des histones => hérédité épigénétique) De ce fait le zygote est, en réalité, haploïde pour le gène impliqué. L’expression des allèles variants de ces gènes dépend du parent d’origine. Les interactions entre les gènes L’interaction entre gènes existe lorsqu’un gène modifie l’action ou l’expression d’un autre gène. Ces interactions génétiques peuvent rendre la prévision des résultats de l'hérédité plus complexe que ce qui est prédit par les lois de Mendel, en particulier lorsque plusieurs gènes sont impliqués dans la détermination d'un trait donné. Situation extrêmement courante. Peu de gènes s’expriment indépendamment du reste du génome. Types d’interactions entre gènes : Gènes complémentaires: Des gènes actifs dans une même voie métabolique montrent une forme de dépendance au niveau du fonctionnement, dépendance qui peut affecter le caractère qu’ils déterminent Ce n’est pas parce qu’un gène affecte un caractère que d’autres gènes ne peuvent pas l’affecter. Exemple: Phénylcétonurie: mutation dans gène hydrolase, ou cofacteur, ou transporteur dans cerveau Gènes épistatiques: Génétique 18  Si deux gènes interviennent dans l’expression d’un même caractère phénotypique, l’action d’un gène sur l’autre peut se marquer par une répression de son expression ou en masquant son expression. Le gène qui réprime ou masque l’expression d’un autre est qualifié d’épistatique. Le gène réprimé ou masqué est qualifié d’hypostatique. L’allèle d’un gène épistatique élimine l’expression des phénotypes alternatifs d’un autre gène et insert à la place son propre phénotype. Epistasie récessive: Considérons deux de ces gènes: B et C B: Couleur du pelage B: black (dominant) b: brun (récessif) C: Synthèse du pigment C: synthèse (dominant) c: pas de synthèse (= albinos, trait récessif) Tout individu cc sera blanc, quelle que soit la combinaison d’allèles pour l’autre locus (épistasie récessive). Ce rapport phénotypique 9:3:4 est caractéristique d’une épistasie de gène récessif Génétique 19  Epistasie dominante Un cas d’épistasie classique est le celui de la couleur du pelage des mammifères, dont le contrôle est en gros le même chez tous les mammifères, et pour lequel la souris est devenue un modèle. Au moins 5 gènes interviennent: A, B, C, D et S Type de pigment (B) Distribution des pigments dans l’individu (S) Distribution des pigments dans le poil (A) Présence ou absence de pigment (C) L’intensité de la pigmentation (D) Gènes quantitatifs Les gènes quantitatifs font référence à un type de gènes impliqués dans le contrôle de caractères quantitatifs ou caractères complexes. Génétique 20  Contrairement aux caractères qualitatifs qui sont généralement déterminés par un seul gène ou quelques gènes majeurs, les caractères quantitatifs sont influencés par de nombreux gènes, ainsi que par des facteurs environnementaux. Les caractères quantitatifs sont des traits qui peuvent varier sur un continuum, tels que la taille, le poids, la hauteur, la production de lait, la vitesse de croissance, etc. Ces traits sont souvent mesurés en termes de valeurs numériques et peuvent être influencés par l'interaction de plusieurs gènes ainsi que par des facteurs environnementaux tels que l'alimentation, le climat, le stress, etc. Les gènes quantitatifs contribuent individuellement à une petite variation du trait, mais leur combinaison et interaction peuvent conduire à une grande variabilité phénotypique observée dans une population. Chaque gène quantitatif peut avoir plusieurs allèles, et la combinaison des allèles provenant des deux parents peut influencer la valeur du trait chez l'individu résultant. Des méthodes statistiques et génétiques avancées sont utilisées pour identifier et cartographier les régions génomiques associées à ces caractères (QTL) et comprendre leur héritabilité et leur mode de transmission Interaction gènes et environnement Certains gènes ne s’expriment et n’engendrent un phénotype particulier que dans certaines conditions environnementales. En l’absence de ces conditions, le phénotype observé ne correspond pas au génotype et la transmission semble s’écarter des lois de Mendel. Partie 2 Introduction: Populations, polymorphisme, panmixie Génétique 21  Une populations: ensemble d'individus d'une même espèce qui se reproduisent entre eux. Chaque individu possède un ensemble de gènes qui détermine ses caractéristiques et ses traits héritables. La génétique des populations étudie la variation génétique au sein des populations et comment cette variation évolue au fil du temps. Elle se concentre sur les processus qui influencent les fréquences alléliques des gènes dans les populations, tels que la sélection naturelle, la dérive génétique, la migration et la mutation. Ces données peuvent être utilisées pour étudier l'histoire évolutive des populations, les migrations humaines, les relations de parenté, l'impact des pressions sélectives, ainsi que pour des applications médicales et de conservation. → Implications dans de nombreux domaines: médecine, agriculture, conservation de la biodiversité et évolution. → Meilleure compréhension de la complexité de l'hérédité et de l'adaptation des espèces. La génétique des populations La notion d’évolution des espèces par des changements progressifs fut postulée par Darwin Dans une population d’individus d’une espèce donnée , il existe des caractéristiques différentes entre individus, la population n’est pas homogène. Les individus les mieux adaptés à leur environnement ont une meilleure chance de survie. →A la génération suivante, la population contiendra une fréquence plus élevée d’individus ayant des caractéristiques qui favorisent leur survie ou leur reproduction dans des conditions environnementales données. → L’évolution des espèces: processus de sélection qui se base sur une variabilité génétique déjà présente dans une population Jean-Baptiste Lamarck: C'est le changement du milieu qui amène de nouveaux besoins et de nouvelles habitudes chez l'animal, ce qui le modifie, le transforme à la longue. Génétique 22  Charles Darwin L’évolution des espèces requiert de la diversité génétique au sein d’une population. La sélection naturelle va favoriser la survie des individus les mieux adaptés, qui, par conséquent, auront une meilleure chance de transmettre leurs traits (combinaison allélique) à leurs descendants Un processus de sélection peut agir seulement si y a des variations dans une même population. Ces variations sont partiellement transmises à la descendance. Si tous ces variants laissent le même nombre de descendants ayant le même taux de survie, on s’attend à ce que la population ne change pas au cours du temps, on dit qu’elle est à l’équilibre. Une population est un groupe d’individus d’une espèce, vivant sur un espace continu, qui peuvent se croiser entre eux, et qui partagent un stock de gènes. Une population a donc une histoire génétique, la fréquence des phénotypes et des génotypes changera au cours du temps si la population n’est pas à l’équilibre. Population panmictique = Population où tous les individus ont la possibilité de se croiser avec n’importe quel autre. La panmixie suppose que les croisements entre individus sont totalement aléatoires et donc la probabilité que l’ individu 1 se croise avec l’individu 2 est la même que celle qu’il se croise avec n’importe quel autre individu de la population. Ce concept est évidemment théorique: si la population est trop grande, les croisements sont confinés de facto par la proximité des individus. Corollaire: Des populations différentes d’individus d’une même espèce présenteront des fréquences alléliques éventuellement différentes. Polymorphisme = Le polymorphisme est l’existence de différences génotypiques (se reflétant par des différences phénotypiques) entre les individus dans une même population. Ceci tient au fait que chaque gène peut exister sous forme de différents allèles, au propriétés parfois légèrement différentes Génétique 23  Les caractères peuvent être qualitatifs (discontinu, ex: couleur des yeux) ou quantitatifs, çàd à variation continue (ex: taille). Il a des combinaisons alléliques particulières qui peuvent déterminer des caractères spécifiques. Ces caractères peuvent être déterminés par un seul gène ou peuvent dépendre de l’activité (interaction) de nombreux gènes. Il existe des variations de fréquences alléliques dans les populations (un allèle plus fréquent qu’un autre) et entre les populations. La quantité de variation dans une population ou entre population varie d’une espèce à l’autre Le phénotype résulte d’une interaction du génotype avec l’environnement. → La sélection naturelle va favoriser la transmission de certaines combinaisons alléliques Population à l’équilibre: la loi d’Hardy-Weinberg Les lois de Mendel permettent de prévoir les proportions des différents génotypes dans la descendance de deux lignées pures. Génétique 24  Dans une population, les proportions génotypiques dépendent du nombre de gamètes porteurs de différents allèles et de facteurs sélectifs (létalité). Deux scientifiques Godfrey H. Hardy, un mathématicien anglais et Wilhelm Weinberg, un médecin allemand ont résolu de manière indépendante l’énigme de la persistance de la variation génétique dans une population. Pourquoi après de nombreuses générations, la population ne finit-elle pas par être composée uniquement d’individus du phénotype dominant? Le modèle de Hardy-Weinberg est un concept fondamental en génétique des populations qui permet de prédire les fréquences alléliques dans une population stable, dite à l’équilibre. Le modèle de Hardy-Weinberg repose sur cinq hypothèses Sous ces hypothèses, le modèle de Hardy-Weinberg permet de décrire les fréquences alléliques attendues dans une population à l'équilibre, ces fréquences restant constantes de génération en génération. 1. Population infiniment grande : La taille de la population est suffisamment grande pour que les fluctuations aléatoires n'affectent pas les fréquences génétiques. (ex: enlever des individus n’affecterai pas les fréquences génétiques). 2. Isolement de la population : pas d'échanges génétiques avec d'autres populations, pas de migration 3. Absence de mutations : Les fréquences des gènes ne changent pas en raison de mutations. 4. Accouplement aléatoire : Les individus se reproduisent au hasard, sans préférence de partenaire (population panmictique). 5. Absence de sélection naturelle : Aucun avantage ou désavantage sélectif n'est associé à un génotype particulier. Toutes les combinaisons alléliques sont équivalentes, même chance de survie. Génétique 25  Ce modèle se base sur une série d’hypothèses qui ne s’observent jamais réellement dans la nature.: une population réelle a toujours une taille finie et tous les individus n’ont pas la même chance de se reproduire du fait des différences de taille, de force, d’opportunité, etc…. Le modèle est donc essentiellement théorique. Le modèle de Hardy-Weinberg est surtout utilisé dans des situations simples c. à d. des gènes exprimés par quelques allèles qui se transmettent de façon(essentiellement) mendélienne dans une population génétiquement stable (par exemple, l’incidence dans une population humaine d’un grand nombre de maladies génétiques monogéniques). Le modèle de Hardy-Weinberg est un modèle mathématique qui rend compte de la fréquence de deux allèles d’un gène qui se transmet selon les lois de Mendel. Le modèle de Hardy-Weinberg peut être exprimé mathématiquement à l'aide de l'équation de Hardy-Weinberg : p2, 2pq et q2 représentent respectivement les fréquences (exprimées en pourcentage) des génotypes homozygote dominant, hétérozygote et homozygote récessif dans la population. → Pour un allèle rare (valeur q proche de 0), l’essentiel des porteurs de l’allèle rare dans la population seront des individus hétérozygotes (voir exemple ci-dessous). Si une population est à l’équilibre, il est donc possible de calculer la fréquence des allèles dominant et récessif du gène considéré dans la population à partir de l’observation de la fréquence du phénotype récessif (voir exemple ci-dessous). Génétique 26  Dans une population les porteurs d’un allèle rare sont des porteurs hétérozygotes, cet allèle est transmit de génération en génération même si sa fréquence est très faible. Si on a connaissance du phénotype récessif, on sait que c’est égal a q2 La dominance et la récessivité des allèles n’affectent que le mode d’expression d’un allèle chez un individu, pas son héritabilité et ne modifient donc pas les fréquences alléliques au cours du temps. Un point important dont il faut se rappeler est que les termes ”dominant” et “récessif” ne concernent qu’un phénotype hétérozygote → dominance ou récessivité entre allèle n’implique pas qu’un allèle est sélectivement supérieur à un autre Pour cette raison, dans l’équilibre de Hardy-Weinberg, lorsque la sélection n’opère pas, on ne s’attend pas à ce que les fréquences alléliques changent, indépendamment de ce qu’un trait soit dominant par rapport à un autre. Evolution des fréquences alléliques dans une population: 5 facteurs 1. Les mutations génétiques responsables de la variabilité génétique entre individus. Génétique 27  2. La migration génique ou flux génique (genetic flow) est défini comme un apport de gènes dans une population locale à partir d’une population voisine. C’est donc une autre forme d’instabilité génétique. Généralement, une population est constituée d’individus vivant dans une région donnée. Cette population locale présente un pool génétique (plus ou moins) distinct de celui des populations locales voisines. Si un individu migre dans une autre population et s’y reproduit, il introduira les allèles de ses gènes dans le pool génétique de la population d’accueil, ce qui peut modifier la fréquence des allèles présents. Le flux génétique est un processus qui ralentit la vitesse de spéciation. 3. Les accouplements non-aléatoires La sélection sexuelle, ou l'accouplement non aléatoire, peut également conduire à une variation des fréquences alléliques (sélection de combinaisons alléliques particulières – contre-sélection d’allèles délétères) au sein d’une population. 4. La dérive génétique (genetic drift). C’est une instabilité du pool génétique d’une population engendrée par sa petite taille. Dans une telle population, il arrive souvent qu’un allèle ne soit plus porté que par un seul individu. Si celui-ci disparaît sans laisser de descendant, l’allèle est perdu, le pool génétique de la population s’appauvrit et la fréquence des autres allèles du gène se trouve modifiée. A l’extrême, une population qui se reconstitue à partir d’un nombre très restreint d’individus (quelques centaines) présentera une diversité génétique (très) réduite. On parlera d’ effet de fondation ou de goulot génétique. Un population de petite taille a des variations alléliques qui ont de gros impacts. 5. La sélection naturelle qui favorise les phénotypes (et donc les génotypes) les plus adaptés à l’environnement (géographique et temporel). La sélection naturelle agit donc au niveau de la population en modifiant les fréquences alléliques au sein de celle-ci. Dérive génétique et effet de fondation Génétique 28  Par effet de fondation, un allèle peu présent dans une population peut être sur- représenté dans la nouvelle population. = une perte de variation génétique qui se produit lorsqu'une nouvelle population, d'un très petit nombre d'individus, s'établit à partir d'une population plus grande. L’individuation : un équilibre entre « nature » versus « nurture » Les gènes peuvent influencer le développement et le fonctionnement des structures cérébrales, la production de neurotransmetteurs et d'hormones, et d'autres processus biologiques qui jouent un rôle dans le comportement et la psychologie. Ce déterminisme génétique ne se limite pas aux aspects négatifs ou aux troubles mentaux : les gènes peuvent également jouer un rôle dans des caractéristiques positives, telles que l'intelligence, la créativité ou la résilience. Ce déterminisme génétique ne signifie pas que les comportements et les traits psychologiques sont entièrement prédéterminés par les gènes. Les facteurs génétiques, tels que les traits et prédispositions hérités, créent plutôt une base sur laquelle certains comportements ou caractéristiques sont plus susceptibles de se développer. Toutefois, l'expression de ces facteurs génétiques peut être influencée et modifiée par des facteurs environnementaux, tels que l'éducation, les interactions sociales, la culture et les expériences de vie. Dans l'ensemble, il est important de reconnaître que le débat entre la nature et l'acquis n'est pas une question de type purement « binaire ». La part innée (les gènes) et l'éducation interagissent et s'influencent mutuellement tout au long du développement humain. Les contributions relatives de la génétique et de l'environnement peuvent varier en fonction du trait ou du comportement spécifique considéré, et c'est l'interaction Génétique 29  complexe entre ces facteurs qui façonne les caractéristiques humaines et l’individuation. Génétique 30