Mutations de l’ADN et variabilité génétique

Activité : l’origine des différents allèles d’un gène : l’exemple de l’adénome

Activité : concevoir un protocole pour montrer l’effet mutagène dose-dépendant des UV

Activité : mettre en œuvre un protocole pour montrer l’effet mutagène dose-dépendant des UV

Activité : interpréter les résultats de l’expérience pour montrer l’effet mutagène dose-dépendant des UV

Une mutation est une modification de la séquence de nucléotides de l’ADN. Elle peut apparaître spontanément, notamment lors de la réplication, et correspond à une substitution, une délétion ou une addition de nucléotides.

Les mutations sont rares et aléatoires. Certains agents mutagènes, comme les UV, les rayonnements ionisants ou certaines substances chimiques, augmentent leur fréquence.

Des systèmes enzymatiques détectent et réparent la plupart des erreurs ou altérations de l’ADN. Une modification qui échappe à ces systèmes peut devenir une mutation.

Une mutation somatique peut être transmise aux cellules du clone et parfois participer au développement d’un cancer, mais elle n’est pas héréditaire. Une mutation de la lignée germinale peut, si elle est présente dans un gamète participant à la fécondation, être transmise à la descendance.

Lorsqu’une mutation touche un gène, elle peut créer un nouvel allèle. Les mutations sont ainsi une source de diversité génétique au sein des populations.

Les mutations apparaissent indépendamment de leurs effets. Elles peuvent être neutres, défavorables ou avantageuses. La sélection naturelle agit ensuite sur cette diversité et peut modifier la fréquence des allèles au cours des générations.

1. Les mutations sont des modifications de la séquence de l’ADN

Lors de la phase S de l’interphase, l’ADN est répliqué. Cette réplication permet normalement de produire deux molécules d’ADN possédant la même séquence de nucléotides.

Cependant, la réplication n’est pas totalement infaillible. Dans une cellule humaine, plusieurs milliards de paires de nucléotides doivent être copiées à chaque réplication. Des erreurs peuvent donc occasionnellement se produire.

Une mutation correspond à une modification de la séquence de nucléotides de l’ADN qui persiste après les mécanismes de réparation.

Elle peut concerner un seul nucléotide ou une portion plus importante de la molécule d’ADN.

Séquence initiale → modification de la séquence → mutation

Les mutations apparaissent spontanément et de manière aléatoire : elles ne se produisent pas pour répondre aux besoins de l’organisme.

2. Il existe différents types de mutations

Une mutation peut modifier la séquence de l’ADN de différentes manières. À l’échelle d’une séquence, on distingue notamment trois types de mutations :

• la substitution : un nucléotide est remplacé par un autre ;

• la délétion : un ou plusieurs nucléotides disparaissent de la séquence ;

• l’addition : un ou plusieurs nucléotides supplémentaires sont ajoutés à la séquence.

Par exemple, à partir d’une séquence initiale :

A – T – G – C – C – A

une mutation peut conduire à :

A – T – A – C – C – A → substitution

A – T – G – C – A → délétion

A – T – G – T – C – C – A → addition

Une mutation crée donc une nouvelle séquence d’ADN. Lorsqu’elle touche un gène, elle peut être à l’origine d’une nouvelle version de ce gène, appelée allèle.

3. Des agents mutagènes augmentent la fréquence des mutations

Les mutations peuvent apparaître spontanément, notamment à la suite d’erreurs survenues lors de la réplication de l’ADN. Leur fréquence spontanée est faible.

Cependant, certains facteurs environnementaux peuvent augmenter la fréquence d’apparition des mutations. Ils sont appelés agents mutagènes.

Il peut notamment s’agir :

• de certaines substances chimiques ;

• des rayonnements ultraviolets (UV) ;

• de certains rayonnements ionisants, comme les rayons X ou gamma.

Ces agents peuvent endommager l’ADN et augmenter la probabilité qu’une modification de sa séquence apparaisse.

Un agent mutagène ne provoque pas une mutation précise en fonction des besoins de l’organisme : il augmente la probabilité d’apparition de mutations, qui restent aléatoires quant à leur localisation et à leurs conséquences.

4. Des systèmes enzymatiques réparent la plupart des erreurs

Les cellules disposent de plusieurs mécanismes permettant de limiter l’apparition des mutations.

Des enzymes peuvent détecter et corriger certaines erreurs au cours de la réplication ou réparer certaines altérations de l’ADN après celle-ci.

Ainsi, toutes les erreurs de réplication et toutes les lésions de l’ADN ne deviennent pas nécessairement des mutations.

Erreur ou altération de l’ADN → détection → réparation → séquence restaurée

Cependant, certaines modifications peuvent échapper aux systèmes de réparation. Si elles deviennent durablement inscrites dans la séquence de l’ADN, elles constituent alors des mutations.

Les conséquences d’une mutation dépendent notamment du type de cellule dans laquelle elle apparaît.

5. Les conséquences diffèrent selon que la mutation touche une cellule somatique ou germinale

a. Une mutation somatique peut être transmise à un clone de cellules

Les cellules somatiques correspondent aux cellules de l’organisme qui ne participent pas directement à la formation des gamètes.

Lorsqu’une mutation apparaît dans une cellule somatique, elle peut être transmise aux cellules filles lors des mitoses suivantes. Toutes les cellules issues de cette cellule mutée forment alors un clone cellulaire portant la mutation.

Si la cellule mutée disparaît sans descendance cellulaire, la mutation disparaît avec elle. En revanche, certaines mutations peuvent perturber les mécanismes contrôlant la multiplication des cellules. Leur accumulation peut alors favoriser une prolifération cellulaire incontrôlée et participer au développement d’un cancer.

Une mutation présente uniquement dans des cellules somatiques n’est pas transmise à la descendance.

Ainsi :

Mutation somatique → transmission possible aux cellules du clone → non héréditaire

b. Une mutation germinale peut devenir héréditaire

Les mutations peuvent également toucher la lignée germinale, c’est-à-dire les cellules à l’origine des gamètes.

Si une mutation est présente dans un gamète participant à une fécondation, elle est transmise à la cellule-œuf. Elle pourra alors être retrouvée dans les cellules du nouvel individu et éventuellement être transmise à la génération suivante.

Une mutation de la lignée germinale peut donc être héréditaire.

Ainsi :

Mutation germinale → transmission possible à la descendance → héréditaire

6. Les mutations créent de nouveaux allèles et augmentent la diversité génétique

Un gène est une portion d’ADN caractérisée par une séquence de nucléotides. Une mutation modifiant la séquence d’un gène peut créer une nouvelle version de celui-ci.

Les différentes versions d’un même gène sont appelées des allèles.

Les mutations constituent donc une source de diversité allélique au sein des populations. Elles sont à l’origine de nouvelles variations génétiques qui peuvent être transmises de génération en génération lorsqu’elles concernent la lignée germinale.

Gène → mutation → nouvel allèle → augmentation de la diversité génétique

Les mutations constituent ainsi une source fondamentale de la diversité génétique du vivant.

7. Le devenir des mutations dépend notamment de la sélection naturelle

Les mutations apparaissent au hasard, indépendamment de leurs conséquences pour l’individu.

Une mutation peut avoir différents effets sur le phénotype : elle peut être sans effet apparent, défavorable ou avantageuse dans un environnement donné.

Si une mutation héréditaire confère un avantage de survie ou de reproduction dans un environnement donné, les individus qui la possèdent peuvent avoir davantage de descendants. L’allèle correspondant peut alors devenir plus fréquent au fil des générations.

À l’inverse, un allèle défavorable peut devenir moins fréquent s’il réduit les chances de survie ou de reproduction. De nombreuses mutations sont également neutres et leur fréquence peut évoluer sans être directement déterminée par la sélection naturelle.

La sélection naturelle ne crée donc pas les mutations : elle agit sur une diversité génétique préexistante, produite notamment par les mutations.

On peut ainsi résumer :

Mutations aléatoires → nouveaux allèles → diversité génétique → sélection naturelle → évolution de la fréquence des allèles au cours des générations

Les mutations constituent donc une source de variabilité génétique, indispensable à l’évolution et à la diversification des populations.

1. Qu’est-ce qu’une mutation ?

A. Une modification de la séquence de nucléotides de l’ADN

B. Une duplication systématique d’un chromosome

C. Une séparation des chromatides sœurs

D. Une modification du nombre de cellules

2. Parmi les propositions suivantes, laquelle correspond à une substitution ?

A. La perte d’un ou plusieurs nucléotides

B. L’ajout d’un ou plusieurs nucléotides

C. Le remplacement d’un nucléotide par un autre

D. La duplication de la totalité de l’ADN

3. Quelle caractéristique s’applique aux mutations spontanées ?

A. Elles sont toujours avantageuses

B. Elles sont rares et apparaissent de manière aléatoire

C. Elles apparaissent en fonction des besoins de l’organisme

D. Elles sont toujours provoquées par les UV

4. Quel est l’effet d’un agent mutagène ?

A. Il empêche toutes les mutations

B. Il provoque toujours la même mutation

C. Il répare les erreurs de réplication

D. Il augmente la fréquence d’apparition des mutations

5. Quel est le rôle des systèmes enzymatiques de réparation de l’ADN ?

A. Détecter et réparer certaines erreurs ou altérations de l’ADN

B. Augmenter la fréquence des mutations

C. Transformer les mutations somatiques en mutations germinales

D. Produire de nouveaux chromosomes

6. Quelle mutation peut être transmise à la descendance ?

A. Toute mutation d’une cellule de la peau

B. Toute mutation apparue après la naissance

C. Une mutation présente dans un gamète participant à la fécondation

D. Uniquement une mutation provoquée par un agent mutagène

7. Que peut devenir une mutation apparue dans une cellule somatique ?

A. Elle est nécessairement transmise aux enfants

B. Elle peut être transmise aux cellules du clone lors des mitoses

C. Elle transforme nécessairement la cellule en cellule cancéreuse

D. Elle est toujours immédiatement réparée

8. Lorsqu’une mutation modifie la séquence d’un gène, elle peut être à l’origine :

A. d’une nouvelle espèce immédiatement

B. d’un nouveau chromosome

C. d’une nouvelle cellule germinale

D. d’un nouvel allèle

9. Quelles peuvent être les conséquences d’une mutation sur le phénotype ?

A. Elle peut être neutre, défavorable ou avantageuse

B. Elle est toujours défavorable

C. Elle est toujours sans effet

D. Elle est toujours avantageuse

10. Quel est le rôle de la sélection naturelle vis-à-vis des mutations ?

A. Elle provoque les mutations utiles à l’organisme

B. Elle empêche l’apparition des mutations défavorables

C. Elle agit sur la diversité génétique existante et peut modifier la fréquence des allèles

D. Elle transforme directement un allèle défavorable en allèle avantageux

Correction : 1A – 2C – 3B – 4D – 5A – 6C – 7B – 8D – 9A – 10C