Génétique des populations

Qu'étudie la génétique des populations ?

En génétique des populations, nous évaluons principalement la variation génétique en déterminant la fréquence des gènes et des allèles au sein des populations et en déterminant si ces derniers évoluent dans le temps et/ou l'espace. La proportion d'un génotype spécifique au sein d'une population est appelée sa fréquence génotypique . En revanche, la proportion d'un phénotype spécifique au sein d'une population est appelée sa fréquence phénotypique. La fréquence d' un allèle est la proportion d'un allèle spécifique au sein d'une population.

Le domaine de la génétique des populations représente une extension des principes de l'hérédité de Gregor Mendel, intégrés à la théorie de l'évolution par sélection naturelle de Darwin. Passons d'abord rapidement en revue les principaux termes de la génétique mendélienne que nous utiliserons dans le domaine de la génétique des populations :

• La couleur des traits des yeux chez l'homme est déterminée par les gènes hérités de nos parents. Un gène a un emplacement spécifique sur un chromosome, appelé locus (pluriel loci). Le gène de la couleur des yeux possède différentes variantes ou allèles, qui déterminent les différentes couleurs comme le brun, le bleu, le vert, etc. La couleur brune des yeux est dominante par rapport aux autres couleurs. Lorsqu'une personne possède un allèle pour la couleur brune et l'autre pour la couleur bleue, ses yeux seront bruns car il s'agit de l'allèle dominant (l'allèle bleu serait récessif). Ainsi, leur génotype sera constitué de deux allèles différents( génotypehétérozygote ), mais leur phénotype sera les yeux marron.

Figure 1. Le phénotype de la couleur des yeux chez l'homme est déterminé par des allèles spécifiques. Une personne possédant au moins une copie de l'allèle dominant a les yeux marron.

Exemple de génétique des populations

Voyons un exemple pour comprendre comment ces définitions et concepts sont liés à la génétique des populations. Pense à une population hypothétique de plantes de 1000 individus. Ces plantes sont maintenant en période de floraison, et certains individus ont des fleurs violettes et d'autres des fleurs blanches.

Les chercheurs ont découvert que cette population possède deux allèles pour ce locus : un allèle dominant et un allèle récessif. Ils ont également étudié la composition génétique de tous les individus de cette population, de sorte que nous connaissons le génotype et le phénotype de chaque individu : AA (fleur violette) = 460, Aa (violet) = 430, aa (blanc) = 110.

L'allèle de la couleur violette est dominant par rapport à celui de la couleur blanche. Nous le savons car, comme nous l'avons vu plus haut, deux génotypes ont le même phénotype. Peux-tu identifier ces génotypes ? (tu peux consulter le tableau ci-dessous). Maintenant, remplissons ce tableau avec les informations dont nous disposons :

Tableau 1. Exemple de calcul de la fréquence des génotypes dans une population végétale hypothétique.

La fréquence totale de tout caractère étudié est toujours de 1, ce qui signifie que les fréquences de tous les génotypes d'une population s'additionnent pour donner 1(AA + Aa + aa = 1), de même pour les allèles(A + a = 1). Les fréquences vont toujours de 0 à 1 (comme les pourcentages vont toujours de 0 à 100 %). En génétique des populations, une fréquence de 0 signifierait qu'un allèle n'est pas présent dans la population, tandis qu'une fréquence de 1 signifie que l'allèle est le seul présent dans la population ; dans ce cas, l'allèle est fixé dans la population.

Différences génétiques entre les populations

Les fréquences des allèles et des génotypes que nous avons calculées dans l'exemple précédent sont comme un instantané de cette population à un certain moment dans le temps ou dans l'espace. Penses-tu que ces fréquences resteront les mêmes au fil du temps ? Il est courant que les fréquences des allèles d'une population changent au fil du temps, ce qui signifie qu'une population a évolué. Il est important de se rappeler que si la sélection naturelle agit sur les individus, c' est la population qui évolue. Lorsque les fréquences des allèles changent en un temps relativement court ou sur quelques générations, on parle de microévolution (qui se réfère généralement à des changements au niveau de la population).

Facteurs affectant la génétique des populations

En plus de la sélection naturelle, les autres processus évolutifs qui affectent la fréquence des allèles sont :

• la mutation
• l'accouplement non aléatoire
• la dérive génétique
• le flux génétique.

Ces mécanismes peuvent affecter une population à tout moment, et plusieurs d'entre eux peuvent agir simultanément sur un allèle ou un gène. L'effet de chaque mécanisme sur une population varie et peut augmenter ou diminuer la variation génétique, la fréquence des allèles ou l'adaptation.

Les mutations

Les mutations sont des changements imprévisibles dans les nucléotides qui forment une séquence d'ADN. Elles constituent la base de la variation génétique puisque les mutations peuvent produire de nouveaux allèles. Une mutation se produit dans des organismes individuels, etpour qu'une mutation ait un effet à long terme sur la population, elle doit être héréditaire pour être transmise aux générations suivantes. Lorsqu'une mutation se produit dans les cellules somatiques (cellules du corps), elle affecte l'organisme, mais elle n'est pas transmise à la génération suivante (progéniture). Pour qu'une mutation soit héréditaire, elle doit se produire dans une cellule reproductrice (gamètes = spermatozoïdes ou ovules).

Bien que les mutations soient importantes pour créer des variations génétiques, elles ne se produisent pas assez souvent pour affecter la fréquence des allèles. Cependant, l'effet peut être important lorsque la sélection naturelle ou d'autres mécanismes évolutifs agissent sur ces mutations.

L'accouplement non aléatoire

Dans les populations sauvages, les individus choisissent généralement un autre individu pour la reproduction en fonction du phénotype (en choisissant indirectement le génotype correspondant). Par exemple, les oiseaux femelles peuvent préférer s'accoupler avec des oiseaux mâles dont la coloration est similaire. En d'autres termes, tous les individus n'auront pas la même probabilité de se reproduire, il ne s'agit donc pas d'un accouplement aléatoire. L'accouplement non aléatoire peut modifier la fréquence des génotypes, mais pas celle des allèles, au sein d'une population (son effet sur l'évolution est donc discutable).

Dérive génétique

La dérive génétiqueentraîne une réduction de la variabilité génétique au sein de la population, et les changements causés par la dérive génétique ne sont généralement pas adaptatifs (parce qu'ils sont aléatoires, causés par le hasard). Les catastrophes naturelles aléatoires telles que les ouragans, les inondations ou les glissements de terrain peuvent affecter les populations animales et végétales. De nombreux individus peuvent mourir à cause de ces événements aléatoires, même s'ils sont bien adaptés à leur environnement.

Un facteur clé ici est que ces effets de dérive sont plus forts dans les petites populations parce qu'une réduction spectaculaire d'un allèle ou d'un génotype adaptatif peut diminuer la condition physique globale de cette population. Il est moins probable qu'une grande population perde un pourcentage important de ces allèles ou génotypes adaptatifs. Une réduction soudaine de la taille de la population (et de sa variabilité génétique) causée par des conditions environnementales défavorables est un goulot d'étranglement. Lorsqu'une petite partie d'une population colonise une nouvelle région, on parle d'effet fondateur.

Flux de gènes

De nombreux animaux quittent leur population d'origine pour une autre pendant la saison de reproduction ; il s'agit d'un type de migration. Les migrants peuvent introduire un nouvel allèle dans une population ou, s'ils portent les mêmes allèles déjà présents dans la population, ils peuvent modifier la fréquence de l'allèle.

Le flux génétique est un mouvement d'allèles entre les populations et peut provoquer des changements dans la fréquence des allèles. L'échange d'allèles entre deux populations tend à contrecarrer les effets de la sélection naturelle et de la dérive génétique ; par conséquent, le flux génétique diminue généralement les différences ou les variations entre ces populations.

La sélection naturelle

Les génotypes (et les phénotypes correspondants) ayant de meilleures probabilités de survie et de reproduction dans un environnement spécifique contribueront à une plus grande descendance à la génération suivante par le biais de lasélection naturelle. La sélection naturelle provoque un changement adaptatif (desprobabilités de survie et dereproduction plus élevées ) dans la fréquence des allèles. La sélection naturelle agit sur le phénotype d'un individu, mais c'est la population qui s'adapte à un environnement particulier.

Figure 2. Cette illustration montre comment la sélection naturelle se produit dans une population.