La diversité génétique est un pilier fondamental de la vie, permettant aux espèces de s'adapter et d'évoluer face aux défis environnementaux. Chez la souris, comme chez de nombreux organismes à reproduction sexuée, cette diversité est largement tributaire du brassage génétique qui se produit lors de la reproduction. Cet article explore en détail les mécanismes de la fécondation et du brassage génétique chez la souris, ainsi que leur contribution à la diversité génétique.
L'ADN, Support de l'Information Génétique
L'information génétique est stockée dans les séquences d'ADN, organisées en gènes. La diversité génétique découle du fait que chaque gène peut exister sous différentes versions, appelées allèles. Le génotype d'un individu, combiné aux facteurs environnementaux, détermine son phénotype.
Molécule d'ADN, Gènes et Allèles
L'information génétique, portée par la molécule d'ADN, est divisée en gènes. Un gène est une séquence d'ADN qui correspond à une information génétique et détermine un caractère héréditaire de la cellule ou de l'organisme. Les gènes sont portés par les chromosomes. Un locus est une portion précise de chromosome, c'est-à-dire une portion de la molécule d'ADN qui compose le chromosome, à un emplacement qui lui est propre.
La plupart du temps, il existe plusieurs versions d'un même gène. Ces versions définissent plusieurs possibilités d'un caractère héréditaire. Les différentes versions d'un gène sont appelées allèles. Un allèle est une des multiples versions existantes d'un même gène. Deux allèles ont donc une séquence d'ADN différente. Le fait que chaque gène existe en plusieurs versions est à la base de la diversité génétique des individus d'une même espèce.
Paire de Chromosomes Homologues et Allèles Dominants/Récessifs
Une paire de chromosomes homologues désigne deux chromosomes portant les mêmes gènes, mais pas forcément les mêmes allèles. Chaque chromosome d'une paire homologue peut porter un allèle différent d'un même gène. Dans ce cas, le caractère associé à ce gène peut dépendre soit des deux allèles, soit d'un seul des deux (on parle d'allèle dominant). Un allèle est dit dominant si en présence de deux allèles d'un gène, c'est le caractère déterminé par l'allèle dominant qui est observé. Dans ce cas, l'autre allèle dont le caractère n'est pas exprimé est dit récessif.
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Génotype et Phénotype
Le génotype désigne l'ensemble des gènes et des allèles d'un individu. Le phénotype désigne l'ensemble des caractères observables à une échelle donnée (macroscopique, cellulaire ou moléculaire). Des expériences de transgénèse peuvent montrer que le génotype influence directement le phénotype d'un individu. La transgénèse désigne l'action de transférer un gène à un organisme qui ne possède pas ce gène ou qui possède un autre allèle. Ce gène peut venir d'un autre individu de la même espèce ou d'une espèce différente.
Brassages Génétiques et Variabilité
La transmission de l'information génétique se fait par les cellules reproductrices, c'est-à-dire les gamètes. Ils sont produits lors de la méiose. Les gamètes se distinguent des autres cellules de l'organisme du fait qu'ils n'ont qu'un chromosome de chaque paire. La répartition des chromosomes se fait de manière aléatoire au cours de la méiose. C'est ce que l'on appelle le brassage génétique.
Méiose et Formation des Gamètes
La méiose est un processus essentiel qui permet la formation des gamètes. Lors de la méiose, les chromosomes d'une même paire se réunissent, et un chromosome de chaque paire est réparti dans une des cellules-filles qui va devenir les gamètes.
Brassage Génétique : Méiose et Fécondation
Le brassage génétique désigne la formation de nouvelles combinaisons d'allèles qui ont lieu au cours de la méiose et de la fécondation. Ces nouvelles associations d'allèles donneront de nouveaux phénotypes chez les descendants. Lors de la fécondation, la rencontre des allèles se fait aussi de manière aléatoire. De nouvelles combinaisons d'allèles peuvent encore apparaître, c'est le second brassage après celui de la méiose. La fécondation assure donc la stabilité génétique de la reproduction sexuée en rétablissant des paires de chromosomes, mais génère aussi de la diversité en créant de nouvelles combinaisons d'allèles.
Influence de l'Environnement
L'environnement influence lui aussi le phénotype d'un individu à toutes les échelles. En revanche, ces modifications engendrées par l'environnement ne sont pas héréditaires. L'environnement peut donc modifier le phénotype sans action sur le génotype. Mais l'environnement peut avoir une action directe sur le génotype en entraînant des mutations par des agents mutagènes. Une mutation est une modification de la séquence d'ADN qui peut avoir lieu au niveau d'un gène. Elle peut arriver de manière spontanée ou être entraînée par un agent mutagène.
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Diversification des Êtres Vivants
Les organismes unicellulaires et pluricellulaires sont caractérisés par leur nature évolutive. Cependant, ces mécanismes ne sont pas les seuls : d’autres processus de diversification des êtres vivants existent. Les bactéries se multiplient par divisions cellulaires de manière asexuée : une bactérie mère va se diviser en deux bactéries filles génétiquement identiques (clones). Ces processus expliquent comment des résistances aux antibiotiques peuvent se transmettre dans différentes populations bactériennes.
Transferts Horizontaux de Gènes
La conjugaison est une forme de transfert de matériel génétique entre une bactérie donneuse et une bactérie receveuse. Pour permettre le transfert de matériel génétique, la cellule donneuse doit s’amarer à la cellule receveuse. Cette amarage est rendu possible grâce à la synthèse de pili sexuels au moyen de gènes présents sur le plasmide de la bactérie F+. La transduction est une autre voie d’échange de matériel génétique par transfert horizontal. Les bactériophages sont de petits virus de bactéries existant sous forme virulente ou tempérée. La transformation est un autre mécanisme de transfert horizontal de gènes. Les expériences historiques de Frederick Griffith (1928) à partir de deux souches de pneumocoques : souche R (non-virulente) et souche S (virulente) ont été les premières à décrire le processus de transformation.
Théorie Endosymbiotique
Les interactions pouvant survenir entre les espèces ont permis l’essor de la théorie endosymbiotique : l’acquisition d’un certain type d’organites (mitochondries et chloroplastes) reposeraient sur la symbiose entre un eucaryote primitif hypothétique qui aurait absorbé une eubactérie à l’origine de la formation des mitochondries des cellules animales.
Stabilité Génétique et Évolution Clonale
La conservation des génomes est essentielle pour la stabilité génétique et l'évolution clonale. Les cellules qui se multiplient par clonage, telles que les bactéries ou les cellules d’un même organisme possèdent toutes la même information génétique que la cellule mère dont elles sont issues. La mitose conserve l’information génétique en doublant à l’identique cette information par réplication semi-conservative puis en répartissant équitablement l’information génétique entre les deux cellules filles lors de la mitose.
Mutations et Innovation Génétique
De nouveaux caractères peuvent néanmoins apparaitre dans un clone de cellules grâce à un phénomène rare, aléatoire et spontané : la mutation. Il s’agit d’une modification de la séquence de nucléotides de l’ADN. Malgré un système de réparation, certaines mutations sont conservées.
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Conséquences Phénotypiques des Mutations
Ces mutations, sont d’après la définition, aléatoires. Elles peuvent affecter un gène mais rester silencieuses grâce à la redondance du code génétique et ne provoquer aucune conséquence au niveau du phénotype moléculaire (la protéine est inchangée) ni des autres phénotypes. Parfois, la mutation modifie le gène et une nouvelle protéine est fabriquée modifiant le phénotype moléculaire, cellulaire et macroscopique, de la lignée du sous-clone dérivée de la cellule mutante.
Reproduction Sexuée et Brassage des Génomes
La reproduction sexuée permet l’apparition d’individus aux phénotypes nouveaux. La reproduction débute chez le parent par la fabrication de gamètes haploïdes (spermatozoïdes ou ovules) à partir d’une cellule germinale diploïde, grâce au mécanisme de la méiose qui sépare les chromosomes homologues de chaque paire. Ces gamètes étant produits chez les deux parents, ils peuvent alors se rencontrer de manière aléatoire lors de la fécondation.
Méiose et Fécondation : Brassage des Allèles
En fin de méiose, chaque cellule produite reçoit un seul des deux allèles de chaque paire avec une probabilité équivalente. La fécondation entre gamètes haploïdes rassemble, dans une même cellule diploïde, deux génomes (ensemble des gènes et allèles chez un individu) d’origine indépendante apportant chacun un lot d’allèles. Chaque paire d’allèles résultant de cette fusion dans la cellule œuf et donc dans le nouvel individu formé, est constituée soit de deux allèles identiques pour le gène considéré, il est donc homozygote soit de deux allèles différents pour le gène considéré et dans ce cas le nouvel individu est hétérozygote pour ce gène.
Position Relative des Gènes et Brassage
Les études de résultats de croisements en F1 et par test cross permettent de déterminer la position relative de deux gènes sur les chromosomes : liés (portés par le même chromosome) ou indépendants (portés par deux chromosomes différents). Lors de la métaphase 1, les paires de chromosomes se répartissent indépendamment les unes des autres, ce qui en anaphase peut entrainer une répartition différente des chromosomes homologues et des combinaisons alléliques différentes à chaque pôle et dans les gamètes fils.
Anomalies de la Méiose
Des anomalies peuvent survenir au cours de la méiose : crossing-over inégal ; migrations anormales de chromatides au cours des divisions de méiose. Ces accidents, souvent létaux, engendrent parfois une diversification importante des génomes et jouent un rôle essentiel dans l’évolution biologique (familles multigéniques, barrières entre populations…).
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