Dans ce résumé de cours, nous explorerons les causes de la diversité génétique, notamment la sélection naturelle et la dérive génétique. De plus, nous te présenterons des exemples illustratifs pour mieux comprendre ce phénomène fascinant. Alors, plonge avec nous dans le monde mystérieux de la génétique pour découvrir les secrets qui se cachent derrière l'incroyable diversité de la vie sur Terre !
Qu'est-ce que la diversité génétique ?
La diversité génétique peut être résumée par le nombre total d'allèles différents que l'on trouve au sein d'une espèce. Ces différences permettent aux espèces de s'adapter à leur environnement changeant, assurant ainsi leur durabilité. Ce processus aboutit à des espèces mieux adaptées à leur environnement et est connu sous le nom de sélection naturelle.
La diversité commence par de petites différences dans la séquence de nucléotides de l'ADN des organismes et ces différences donnent naissance à des caractères différents. Les mutations aléatoires ou les événements survenant au cours de la méiose sont à l'origine de ces caractères. Nous allons examiner les effets de ces différents caractères et des exemples de diversité génétique.
La méiose est un type de division cellulaire.
La diversité génétique fait que les individus ont des traits différents. Par exemple, bien qu'ils appartiennent à la même espèce, les humains ont une apparence et un comportement très différents.
La diversité génétique est généralement mesurée à l'aide de deux facteurs : l'hétérozygotie et la diversité allélique :
l'hétérozygotie fait référence à la possession de deux allèles différents pour un gène particulier, un de chaque parent.
la diversité allélique est le nombre d'allèles différents présents dans une population pour un gène particulier.
Causes de la diversité génétique
La diversité génétique provient de changements dans la séquence de nucléotides de l'ADN des gènes. Ces changements peuvent être dus à des mutations, qui décrivent des modifications spontanées de l'ADN, et à des événements méiotiques, notamment le crossing over et la ségrégation indépendante.
Le crossing over est l'échange de matériel génétique entre les chromosomes tandis que la ségrégation indépendante décrit l'arrangement aléatoire et la séparation des chromosomes. Tous ces événements peuvent donner naissance à des allèles différents et donc contribuer à la diversité génétique.
La recombinaison génétique résultant de la reproduction sexuée est également à l'origine des modifications de l'ADN.
La recombinaison génétique est le processus par lequel les allèles des deux parents sont mélangés au hasard dans différentes combinaisons, ce qui donne une progéniture génétiquement unique par rapport à ses parents.
Pour en savoir plus, lis notre résumé de cours sur la recombinaison génétique !
Dernièrement, le flux génétique augmente aussi la variation génétique en introduisant des gènes provenant d'autres populations. Le flux génétique peut se produire lorsque des individus de populations différentes se croisent.
Qu'est-ce que la sélection naturelle ?
La sélection naturelle est un processus évolutif par lequel les organismes les mieux adaptés à leur environnement ont tendance à survivre et à se reproduire davantage que les organismes moins bien adaptés. Cela conduit à une augmentation de la fréquence des traits avantageux dans une population au fil du temps, ce qui peut entraîner l'évolution de nouvelles espèces.
La sélection naturelle est souvent décrite comme la « survie du plus apte », mais cela ne signifie pas nécessairement le plus fort ou le plus rapide, mais plutôt celui qui est le mieux adapté à son environnement. Ce processus a été proposé par Charles Darwin dans sa théorie de l'évolution par la sélection naturelle, publiée dans son livre « L'origine des espèces » en 1859.
Effets de la diversité génétique
La diversité génétique est très importante, car elle est le principal moteur de la sélection naturelle, le processus par lequel les organismes d'une espèce qui possèdent des traits avantageux survivent et se reproduisent. Ces caractéristiques avantageuses (mais aussi désavantageuses) résultent de différentes variations des gènes : ce sont les allèles.
Le gène codant pour la longueur des ailes d'une drosophile possède deux allèles : l'allèle « W » donne naissance à de longues ailes, tandis que l'allèle « w » donne naissance à des ailes vestigiales. La longueur des ailes d'une drosophile dépend de l'allèle qu'elle possède. Les drosophiles dotées d'ailes vestigiales ne peuvent pas voler et ont donc moins de chances de survivre que celles qui ont de longues ailes.
Les allèles sont responsables de changements anatomiques, comme la longueur des ailes de la drosophile, de changements physiologiques, comme la capacité à produire du venin, et de changements comportementaux, comme la capacité à migrer. Jette un coup d'œil à notre article sur la sélection naturelle, qui explore le processus plus en détail !
Fig. 1 - Les drosophiles sont des mouches domestiques typiques, également connues sous le nom de mouches à fruits
Plus la diversité génétique est grande, plus il y a d'allèles au sein de l'espèce. Cela signifie qu'il y a plus de chances que l'espèce se perpétue, car certains organismes possèdent des traits qui leur permettent de survivre dans leur environnement.
Faible diversité génétique
Nous savons maintenant qu'une plus grande diversité génétique est avantageuse pour une espèce. Que se passe-t-il lorsque la diversité génétique est faible ?
Une espèce à faible diversité génétique possède peu d'allèles. L'espèce a donc un petit patrimoine génétique. Un pool génétique décrit les différents allèles présents chez une espèce et en ayant peu d'allèles, la durabilité de l'espèce est menacée. En effet, les organismes ont une probabilité réduite de posséder des traits qui leur permettent de survivre à l'évolution de l'environnement.
Ces espèces sont très vulnérables aux défis environnementaux, tels que les maladies et les changements de température. Par conséquent, elles risquent de disparaître. Des facteurs tels que les catastrophes naturelles et le braconnage excessif pourraient être à l'origine de ce manque de diversité génétique.
Le phoque moine d'Hawaï est un exemple d'espèce souffrant d'une faible diversité génétique. En raison de la chasse, les scientifiques ont signalé un déclin alarmant du nombre de phoques. Après analyse génétique, les scientifiques confirment le faible niveau de diversité génétique de l'espèce. Ils sont classés dans la catégorie des espèces en voie de disparition.
Fig. 2 - Un phoque moine d'Hawaï
Dérive génétique
Plusieurs processus peuvent entraîner une diminution de la diversité génétique. La dérive génétique est l'un de ces facteurs.
La dérive génétique est un changement aléatoire du nombre d'allèles dans une population.
L'effet de la dérive génétique a tendance à être amplifié dans les petites populations isolées. La dérive génétique se produit généralement par le biais de goulots d'étranglement et d'effets fondateurs (figure 3).
Goulot d'étranglement génétique
Imagine qu'un volcan entre en éruption sur une certaine île, tuant au hasard une grande partie d'une population d'oiseaux. Les gènes et les allèles des survivants constitueront l'ensemble du patrimoine génétique de la population.
Ainsi, si avant l'éruption, il y avait des allèles pour les plumes bleues, grises et brunes, et qu'après l'éruption, tous les individus ayant des allèles pour les plumes bleues sont morts, la population n'aura que des traits pour les plumes grises et brunes. C'est ce qu'on appelle un goulot d'étranglement.
Effet fondateur
Un autre scénario susceptible de provoquer une dérive génétique est l'effet fondateur, où une partie de la population est séparée du reste et devient les « fondateurs » d'une nouvelle population. Le patrimoine génétique des fondateurs constituera le pool génétique de la nouvelle population, qui est plus petit que celui de la population d'origine.
Consanguinité
Un autre processus susceptible d'entraîner une perte de diversité génétique est la consanguinité, qui consiste à faire s'accoupler des individus étroitement apparentés. Cela se produit généralement dans les petites populations où les membres ont plus de chances d'être apparentés.
Lorsque les descendants sont issus de la consanguinité, ils ont tendance à avoir une moins bonne condition physique : ils peuvent être moins viables, moins fertiles ou plus petits que le membre moyen de la population. Avec une condition physique plus faible, ces individus ont moins de chances de survivre et de se reproduire, ce qui ralentit la croissance de la population.
Exemples de diversité génétique chez l'homme
La capacité d'une espèce à s'adapter aux défis et aux changements environnementaux grâce à sa diversité allélique est remarquable. Ici, nous allons examiner des exemples d'humains exprimant la diversité génétique et ses effets.
Le paludisme est une maladie parasitaire endémique en Afrique subsaharienne. Les scientifiques ont découvert que le gène FY, qui code pour une protéine membranaire dont le parasite du paludisme a besoin pour pénétrer dans les globules rouges, possède deux allèles : les allèles « sauvages » qui codent pour la protéine normale, et la version mutée qui inhibe la fonction de la protéine.
Les individus qui possèdent l'allèle muté sont résistants à l'infection du paludisme. Il est intéressant de noter que cet allèle n'est présent qu'en Afrique subsaharienne. C'est un excellent exemple de la façon dont un certain sous-ensemble d'individus possédant un allèle avantageux augmente ses chances de survie face aux défis environnementaux.
Un autre exemple remarquable est celui de la pigmentation de la peau en réponse aux rayons ultraviolets (UV). L'intensité des UV varie selon les régions du monde. Ceux qui se trouvent près de l'équateur, comme l'Afrique subsaharienne, connaissent une intensité plus élevée. Le gène MC1R est impliqué dans la production de mélanine. La production de mélanine détermine la couleur de la peau : la phéomélanine est associée à une peau claire et pâle tandis que l'eumélanine est associée à une peau plus foncée et à une protection contre les dommages causés à l'ADN par les UV.
L'allèle que possède un individu détermine la quantité de phéomélanine ou d'eumélanine produite. Les scientifiques ont émis l'hypothèse que les individus habitant des régions où le rayonnement UV est plus élevé possèdent l'allèle responsable de la pigmentation foncée pour se protéger contre les dommages causés à l'ADN.
Fig. 4 - Indice UV global
Diversité génétique africaine
Des études ont montré que les populations africaines possèdent des niveaux extraordinaires de diversité génétique par rapport aux populations non africaines. Comment en est-on arrivé là ?
À ce jour, il existe plusieurs hypothèses. Cependant, des preuves ont montré que les humains modernes sont nés et ont évolué en Afrique. L'Afrique a connu plus d'évolution et de diversité génétique depuis plus longtemps que n'importe quelle autre population actuelle. Après avoir migré vers l'Europe et l'Asie, ces populations ont connu des réductions spectaculaires de leur patrimoine génétique. Cela s'explique par le fait que seules des populations plus petites ont migré. Par conséquent, l'Afrique reste remarquablement diversifiée alors que le reste du monde ne l'est qu'en partie.
La réduction spectaculaire du pool génétique et de la taille de la population est également un goulot d'étranglement génétique. Nous pouvons l'expliquer grâce à l'hypothèse « Origine africaine de l'Homme moderne ». Ne t'inquiète pas, tu n'auras pas besoin de connaître cette hypothèse dans les moindres détails, mais cela vaut la peine d'apprécier les origines de la diversité génétique.
Diversité génétique - Points à retenir
- La diversité génétique décrit le nombre total d'allèles différents que l'on trouve au sein d'une espèce.
- Les mutations, la recombinaison et le flux génétique augmentent la diversité génétique.
- La dérive génétique et la consanguinité peuvent diminuer la diversité génétique.
- L'ensemble des gènes et des allèles d'une population ou d'une espèce constitue le pool génétique.
- Un allèle avantageux dans un gène humain confère une protection contre le paludisme.
- Dans les régions où l'intensité des UV est élevée, les individus sont plus susceptibles de posséder des allèles qui leur accordent une pigmentation de la peau plus foncée. Ces exemples reflètent les avantages de la diversité génétique.
- Une faible diversité génétique expose les espèces à un risque d'extinction. Elle les rend également vulnérables aux défis environnementaux.
- La diversité génétique que l'on trouve dans les populations non africaines reflète la diversité que l'on trouvait à l'origine en Afrique.
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Gabriel Freitas est un ingénieur en intelligence artificielle possédant une solide expérience en développement logiciel, en algorithmes d’apprentissage automatique et en IA générative, notamment dans les applications des grands modèles de langage (LLM). Diplômé en génie électrique de l’Université de São Paulo, il poursuit actuellement une maîtrise en génie informatique à l’Université de Campinas, avec une spécialisation en apprentissage automatique. Gabriel a un solide bagage en ingénierie logicielle et a travaillé sur des projets impliquant la vision par ordinateur, l’IA embarquée et les applications LLM.
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