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Définition du flux génétique
Leflux génétique fait référence au mouvement (entrée et sortie) des gènes et des allèles causé par la migration des organismes, ou de leurs gamètes, entre les populations.
Bien que nous pensions généralement aux animaux lorsque nous parlons de migration, les plantes peuvent également échanger du matériel génétique avec d'autres populations, c'est pourquoi le terme dispersion est parfois préféré à celui de migration. Chez les plantes, ce n'est pas l'organisme adulte qui se déplace, mais les gamètes transportés dans le pollen ou les graines transportées dans les fruits (par le vent, l'eau ou par des animaux comme les oiseaux et les mammifères). N'oublie pas que le flux génétique ne se produit que lorsqu'un gène ou un allèle entre dans le pool génétique d'une population réceptrice. Ainsi, un organisme doit non seulement atteindre la population réceptrice et y vivre, mais il doit aussi s'y reproduire et lui transmettre ses gènes.
Le niveau de flux génétique entre deux populations peut varier. Les populations d'organismes peu mobiles (qui ne se déplacent pas ou ne peuvent pas se déplacer sur de grandes distances) auront un flux de gènes relativement faible. Par exemple, les plantes pollinisées par les oiseaux ou les chauves-souris auront leurs gamètes plus loin que les plantes pollinisées par le vent. Les animaux comme les grenouilles ne se déplacent pas beaucoup non plus ; ils auront donc un taux de flux génétique plus faible que les organismes plus mobiles comme les oiseaux.
Lorsqu'il y a un taux important de flux génétique entre deux populations, elles peuvent finir par partager le même patrimoine génétique. Le flux génétique tend donc à homogénéiser la composition génétique des populations.
Les individus s'adaptent à leur environnement local par le biais de la sélection naturelle. Un trait ou un allèle qui rend un individu plus adapté à son environnement aura-t-il le même effet bénéfique dans la population réceptrice ? L'introduction ou la réintroduction d'un caractère dans une population par le biais du flux génétique est considérée comme un événement aléatoire en génétique des populations ; par conséquent, cela ne signifie pas nécessairement que la population en bénéficiera. Cela dépendra des pressions sélectives qui s'exercent sur chaque population.
Exemples de flux de gènes et diagramme
La couleuvre d'eau, Nerodia sipedon, habite la région du lac Érié dans l'Ohio et l'Ontario. L'espèce est divisée en plusieurs sous-populations qui diffèrent par leur coloration. La plupart des serpents du continent ont un fort motif de bande, ce qui est avantageux pour le camouflage dans les marais.
En revanche, la plupart des serpents qui résident sur les îles du lac ont une coloration uniforme qui est plus avantageuse le long des côtes rocheuses. Dans les îles, les serpents sans bagues survivent à des taux plus élevés et sont favorisés par la sélection naturelle. Cependant, on trouve encore une petite fraction de serpents avec des bagues sur ces îles.
Pourquoi les allèles du baguage n'ont-ils pas disparu de ces populations insulaires ? On estime qu'environ 3 à 10 serpents migrent vers les îles chaque année, réintroduisant les allèles du motif de la bande dans les îles. Ainsi, le flux génétique en provenance du continent maintient ces allèles dans les îles bien qu'ils soient désavantageux dans cet environnement (figure 1).
Fig. 1 - Schéma simplifié du flux génétique intraspécifique. Les flèches épaisses représentent la sélection naturelle sur plusieurs générations
En se basant sur l'exemple du serpent d'eau, on peut en déduire que le flux génétique en provenance du continent tend à homogénéiser la diversité génétique de ces populations et tend à les rendre plus semblables par la réintroduction continue des allèles du motif de la bande (et, bien sûr, de tout le matériel génétique que ces individus du continent transportent avec eux).
Cependant, dans ce cas, les allèles introduits sont désavantageux dans l'environnement rocheux de la population réceptrice. Par conséquent, leur fréquence n'augmente pas sous l'effet de la sélection naturelle. Mais que se passerait-il si l'allèle introduit était avantageux dans une population réceptrice ?
Un autre cas bien documenté d'adaptation par flux génétique est l'acquisition de la résistance aux insecticides chez Anopheles coluzzii, le moustique africain du paludisme. L'allèle de résistance à l'insecticide est apparu comme une nouvelle mutation chez un autre moustique, A. gambiae.
Cette mutation a rapidement augmenté en fréquence dans plusieurs sous-populations d'A. gambiae, en raison de son fort avantage sélectif pour ces moustiques exposés à l'insecticide. L'allèle a fini par entrer dans le patrimoine génétique d'A. coluzzi par le biais d'un flux génétique interspécifique avec A. gambiae, dans une zone où les deux espèces sont présentes. L'allèle se propage ensuite à d'autres sous-populations d' A. coluzzi par le biais d'un flux génétique intraspécifique.
Le flux génétique peut se produire entre des populations de la même espèce(intraspécifique) et entre des populations d'espèces différentes(interspécifique). Il est important de noter que le flux génétique entre ces deux espèces d'anophèles a été possible parce qu'il s'agit d'espèces jeunes (elles se sont séparées relativement récemment). Elles se reproduisent encore dans des zones où vivent les deux espèces. Dans ces zones, ils produisent des individus hybrides (organismes dont les parents appartiennent à des espèces différentes). Ces hybrides se sont accouplés avec des individus d'A. coluzzi, introduisant l'allèle dans le patrimoine génétique d'A. coluzzi (figure 2).
Fig. 2 - Schéma simplifié du flux génétique interspécifique.Les flèches épaisses représentent la sélection naturelle surplusieurs générations, les flèches fines représentent le flux génétique et les points de couleur représentent lesallèles .
Ces hybrides de moustiques ont cependant une aptitude réduite, ce qui signifie qu'un fort isolement reproductif est en cours. Si le flux génétique s'arrête entre ces populations, elles continueront à diverger génétiquement tandis que chaque espèce continuera à s'adapter aux conditions locales. Pour les sous-populations d'une même espèce, comme dans le cas des serpents d'eau, l'absence de flux génétique finirait par entraîner une spéciation.
L'évolution humaine est également un exemple de flux génétique entre espèces. Les Tibétains sont porteurs d'un gène associé aux différences de concentration d'hémoglobine en haute altitude. On suppose que ce gène provient de Denisovans ou de populations apparentées et qu'il aurait aidé les Tibétains à s'adapter aux conditions de faible teneur en oxygène dans lesquelles ils vivent.
Les Dénisoviens sont des hominines éteints dont les origines ne sont pas encore claires ; ils pourraient avoir été les ancêtres des Néandertaliens et des humains modernes, ou peut-être seulement des Néandertaliens. Nous avons également émis l'hypothèse que nous avons acquis le gène lié au diabète humain à partir des Néandertaliens(Homo neanderthalensis). En fait, nous partageons tous certains pourcentages de gènes dérivés de la lignée néandertalienne. Ainsi, les flux de gènes entre les espèces d'Homo n'étaient pas si rares.
Le flux de gènes peut provoquer l'évolution
Le flux de gènes entraîne des changements dans la fréquence des allèles au sein d'une population ; il s'agit donc de l'un des principaux mécanismes à l'origine de l'évolution, au même titre que la dérive génétique et la sélection naturelle. Cependant, ces changements ne seront adaptatifs que si les gènes ou les allèles introduits sont bénéfiques pour la population réceptrice, comme dans le cas de l'allèle de résistance à l'insecticide chez les moustiques. En ce sens, l'introduction de nouvelles variantes par le biais du flux génétique est aléatoire, semblable à une mutation. Et de la même façon, après avoir été introduit, il dépend de l'effet de la sélection naturelle pour augmenter ou diminuer la fréquence d'un allèle introduit.
En quoi le flux de gènes et la dérive génétique diffèrent-ils ?
Comme nous l'avons mentionné, le flux de gènes et la dérive génétique sont des mécanismes qui conduisent l'évolution, au même titre que la sélection naturelle. Contrairement à la sélection naturelle, les changements de fréquence des allèles causés par le flux génétique ou la dérive génétique sont aléatoires (ils ne sont pas liés à l'effet avantageux ou désavantageux d'un allèle sur la condition physique). Par exemple, la réintroduction continue du motif de coloration en bandes dans les populations des îles est désavantageuse pour les serpents d'eau.
Cependant, le flux de gènes et la dérive génétique diffèrent par leurs causes spécifiques et l'orientation de leurs résultats.
Leflux génétique est causé par la dispersion des organismes ou de leurs gamètes dans une population différente.
Ladérive génétique est causée par des changements aléatoires de la fréquence des allèles d'une génération à l'autre (connus sous le nom d'erreur d'échantillonnage).
En ce qui concerne leurs résultats, nous avons discuté de la façon dont le flux génétique pouvait augmenter la diversité génétique d'une population (par l'introduction de nouveaux allèles) et réduire les différences entre les populations (par le partage des allèles). En revanche , la dérive génétique (et la sélection naturelle) a tendance à réduire la diversité génétique au sein d'une population et à augmenter les différences entre les populations.
Flux de gènes - Principaux enseignements
- Le flux génétique est l'un des principaux mécanismes à l'origine de l'évolution, de la dérive génétique et de la sélection naturelle.
- Le flux génétique se produit entre les populations d'une même espèce (intraspécifique) ou entre les populations d'espèces différentes (interspécifique).
- Le niveau de flux génétique entre les populations dépend de la mobilité ou des capacités de dispersion des individus adultes ou de leurs gamètes pour atteindre une autre population.
- Un allèle désavantageux peut être maintenu dans une population s'il est continuellement réintroduit par le flux génétique.
- Le flux génétique peut contrecarrer les effets de la sélection naturelle et de la dérive génétique. Il augmente la variation génétique dans une population (par l'introduction de nouveaux allèles) et diminue les différences génétiques entre les populations (par le partage des allèles).
- Lorsque le flux génétique est réduit ou arrêté, chaque population s'adapte aux conditions locales et leur patrimoine génétique continue de diverger, ce qui conduit finalement à la spéciation.
Références
1. Anna Tigano et Vicky Friesen, Génomique de l'adaptation locale avec flux de gènes, Écologie moléculaire, 2016.
2. Campbell et al, Biologie 7ème édition, 2020.
3. Huerta-Sánchez et al, L'adaptation à l'altitude chez les Tibétains causée par l'introgression d'un ADN de type Denisovan, Nature, 2014.
4. Les racines profondes du diabète, Comprendre l'évolution, 2014. (https://evolution.berkeley.edu/evo-news/the-deep-roots-of-diabetes/)
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