Evolution Chap6
Génétique des populations et évolution
Jacques & Nathalie & Isabelle
COMMENTAIRE GÉNÉRAL : De bonnes questions et de bonnes réponses... Ne vous bornez pas au texte du chapitre, allez explorer d'autres sources. Il vous reste encore quelques notions importantes à traiter pour bien comprendre les mécanismes qui participe à l'évolution. Alexandre Zimmerli 31 janvier 2010 à 23:36 (UTC)
Quelle relation existe-t-il entre génétique des populations et évolution ?
La génétique des populations prend en compte les variations et fluctuations d'un allèle en fonction du temps pour une ou plusieurs populations d'une espèce donnée. L'évolution prend en compte l'étude de ces variations et fluctuations de l'allèle en fonctions de différents facteurs qui modifient la régulation de cet allèle et par conséquent modifient la population et les individus qui la composent.
Quelle est la différence entre la génétique des individus et la génétique des populations ?
Dans le cadre de l'évolution, il est difficile de baser une étude sur le génome d'un seul individu. Bien sûr, chaque individu à son propre génome et nous pouvons étudier les croisements entre des individus pour voir leurs descendants ou leur ancêtres. En revanche cela n'apportera que très peu d'informations sur l'évolution de l'espèce. Il faudrait prendre en compte un grand nombre de générations. Les résultats à analyser seraient dense et difficilement exploitable.
À l'opposé, lorsque l'on se base sur la génétique des populations, nous considérons un groupe d'individus à un temps donné puis le même groupe à un autre temps donné (assez distant, par rapport à l'espèce prise en compte) pour en observer l'évolution de la population en général et surtout la variation d'un caractère ainsi que la présence et la fréquence de ces allèles. Par exemple, pour la couleur de la peau en Amérique du Nord, peu avant la traite des noir et 50 ans plus tard. L'étude de l'arbre généalogique d'une famille nord-américaine durant la même période n'auraient pas permis d'arriver aux résultats souhaités.
En effet, l'étude au niveau de la population permet de connaître le pourcentage de la population noire, de la population blanche, et de la population mixte. Et donc la représentation de chaque allèle pour le caractère de la couleur de la peau. L'étude de la généalogie d'une ou quelques familles sur une période de 50 ans n'auraient pas montré les résultats recherchés. Si personne dans une famille blanche ne se marie avec une personne à la peau noir ou inversement, alors il est très difficile, voir impossible d'avoir une idée de la représentation de toutes les couleurs de peau au niveau de la population.
Quel est l'intérêt d'étudier la génétique des populations ?
La génétique des population permet d'étudier et de comprendre l'évolution. En particulier la micro-évolution, ce qui correspond à l'évolution d'une population sur une intervalle de temps très courte, d'une génération à l'autre.
--Jacques DAFFLON 21 janvier 2010 à 13:40 (UTC)
Réponse abordée ci-dessus mais qui mériterait d'être approfondie Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:57 (UTC)
Même remarque qu'Alexandre...--Pierre.brawand 27 janvier 2010 à 20:50 (UTC)
La loi de Hardy-Weinberg
La loi de Hardy-Weinberg met en évidence la présence d'un équilibre entre la fréquence des allèles et des génotypes parmi les générations d'une population. Elle permet notamment d'illustrer la variation génétique de génération en génération pour une population qui n'évolue pas. Elle permet également de comprendre et d'expliquer des changements au niveau de l'évolution à long terme.
Exemple
Voir Annexe Hardy-Weinberg
Reprenons l'exemple du Campbell, qui considère une population de plantes à fleurs dont la couleur est déterminée par les gamètes Cr et Cb. Les individus ayant un génotype CrCr auront un phénotype rouge, ceux ayant un génotype CbCb auront un phénotype blanc et ceux ayant un génotype CrCb auront un phénotype rose.
Dans notre population, chez les mâles le gamète Cr est représenté à 80% (0.8) et l'allèle Cb à 20% (0.2). Il en est bien sûr et obligatoirement de même chez les femelles. Et pour finir, la totalité des gamètes doit être égale à 100% (80% + 20% = 100%) Lors d'un croisement nous pouvons calculer la représentation de chaque gamète pour la génération suivante. Ainsi pour l'allèle CrCr, il suffit de prendre la représentation de l'allèle chez les mâles (0.8) et chez les femelles (0.8) et de les multiplier. Nous avons donc 0.8 x 0.8 = 0.64 Ce qui fait une représentation de 64% (0.64) de l'allèle CrCr à la génération suivante. Nous faisons de même pour l'allèle CbCb, qui est représenté chez les mâles et les femelles à 20% (0.2) Nous avons donc 0.2 x 0.2 = 0.04 Ce qui nous donnes une représentation de 4% (0.04) pour l'allèle CbCb. Pour l'allèle CrCb, c'est légèrement différent. Il peut être obtenu, soit avec le croisement entre un mâle ayant le gamète Cr et une femelle ayant le gamète Cb, soit inversement avec un mâle ayant le gamète Cb et une femelle ayant le gamète Cr. Heureusement, comme la représentation de chaque gamète est identique chez le mâle comme chez la femelle, alors la fréquence de Cr♂ et Cr♀ sont égales. Ainsi Cr♂ = Cr♀ = 0.8 Il en est de mêm pour l'allèle Cb: Cb♂ = Cb♀ = 0.2. Il suffit alors pour le calcul, de croisier les deux allèles: Cr x Cb = 0.8 x 0.2 = 0.16 Puis de multiplier par deux pour les deux possibilités d'obtention de l'allèle: 16% x 2 = 32% Nous avons donc toujours une totalité des gamètes de 100% à la seconde génération, car 64% + 32% + 4% = 100%
Question : Que met en évidence la loi de Hardy-Weinberg? Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:57 (UTC)
???? cf. Campbell pour commencer!--Pierre.brawand 27 janvier 2010 à 20:51 (UTC) --Jacques DAFFLON 28 janvier 2010 à 13:36 (UTC)
Annexe NECESSAIRE pour illustrer cet exemple--Pierre.brawand 1 mars 2010 à 13:40 (UTC)
Quels sont les facteurs de l'évolution des populations ?
Définir cette notion de facteur. Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:57 (UTC)
Mutations
Une mutation est une modification de l'information génétique. La mutation affecte les nucléotides ainsi que les chromosomes. En ce qui concerne le premier, la mutation peut toucher un ou plusieurs nucléotides ce qui a pour conséquence une erreur de réplication de l'ADN. Si cette mutation affecte des cellules gamètes, elle peut être transmise à la descendance qui sera porteuse d'allèle nouveaux. Du point de vue des chromosomes, la structure (insertions, délétions, duplications, translocations de segments) et le nombre (ajouts, pertes, fusions, fissions, polyploïdisation) se voient modifiés.
--NathalieB 22 janvier 2010 à 08:24 (UTC)
Migrations
La migration est l'un des comportements qui permettent d'augmenter la diversité génétique des populations. Elle permet notamment l'échange de matériel génétique entre deux populations. Un flux de gènes est une migration pour une génération donnée. On peut représenter la relation suivante:
- n est le nombre de générations
- m est le pourcentage de migrants pour chaque génération
- qa est la fréquence de représentation de l'allèle chez les natifs
- qb est la fréquence de représentation du même allèle
- qn est la fréquence de représentation de l'allèle chez les natifs après n générations ayant migré.
Les migrations participent à l'effet fondateur (en relation avec la dérive génétique) Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:57 (UTC)
L'augmentation de la diversité génétique dépend aussi de la proportion de natifs par rapport aux migrants. Alexandre Zimmerli 31 janvier 2010 à 23:00 (UTC)
Sélection naturelle
La fitness, valeur sélective d'un génotype ou d'un phénotype, dépend principalement de la survie et de la fécondité et décrit la capacité à se reproduire; chaque individu contribue différemment à l'élaboration de sa prochaine génération. La sélection est dite directionnelle lorsqu'elle a pour but de réduire l'allèle mutant, qui est souvent désavantageux. Il est souvent récessif et sa fréquence est faible car la fitness ne s'opère pas sur les individus hétérozygotes (Aa est seulement porteur de la mutation, mais elle ne s'exprime pas, car sur l'allèle récessif, mais la transmet). Un nouvel allèle mutant présente aussi un avantage sélectif (ex: tolérance du lactose, drépanocytose). La sélection est alors dite conservatrice ou stabilisatrice.
Dérive génétique
Ce sont des fluctuations aléatoires qui s'opèrent au cours des générations successives, lorsque la population est de taille réduite, ce qui est généralement le cas à cause du comportement territorial, des niches écologiques, de création de sous-groupes isolés, ainsi que des saisons. De nouveaux génotypes apparaissent et restent dans une population à cause des différentes mutations et de la sélection naturelle. Par exemple, le nanisme et le gigantisme ont pris naissance à cause des mutations et de la sélection. Par contre, seule la dérive génétique est responsable de l'apparition de caractères neutres dus aux mutations neutres, c'est-à-dire ne présentant ni avantage, ni inconvénient. Toutefois, ces caractères peuvent sembler neutres dans un milieu donné et néfastes dans un autre.
Exemple de dérive génétique
Voir Annexe 'Dérive génétique'
Nous reprendrons pour notre exemple celui du Campell, ce qui nous permet d'utiliser l'illustration qui va avec. Cet exemple prend en compte une population de fleures sauvages de 10 individus de différentes couleurs (rouge, allèle CrCr | rose, allèle CrCb | blanc, allèle CbCb). Parmi ces individus seuls ceux mis en évidence sur font blanc vont se reproduire. L'allèle Cb mieux représenté en moyenne chez ces individus va voir sa fréquence augmenter à la deuxième génération. Il va passé d'une fréquence de 0.3 à 0.5. À la seconde génération, par pur hasard seules des plantes (mises en évidence) possédant l'allèle Cr vont se reproduire. Par conséquent, l'allèle Cb va disparaitre à la troisième génération et seul l'allèle Cr sera représenté. La population est donc entièrement rouge, elle a dériver d'une population multicolore à une population entièrement rouge.
--Jacques DAFFLON 18 février 2010 à 13:01 (UTC)
Y a-t-il un lien entre la spéciation et l'isolement des populations?
Lorsqu'une nouvelle espèce apparaît à partir d'une espèce ancienne, cela désigne la spéciation. Elle est le plus souvent allopatrique, c'est-à-dire qu'elle résulte de l'isolement géographique d'une population par rapport à une population d'origine à cause d'une barrière naturelle, par exemple une montagne ou une rivière. Ceci parce que la dérive génétique et la sélection naturelle modifient un petit patrimoine génétique plus rapidement qu'un grand. La spéciation peut aussi être sympatrique, ce qui signifie qu'en l'absence d'isolement géographique, une partie de la population se modifie génétiquement et entraîne l'isolement reproductif. Elle se produit lorsque quelques individus d'une population changent d'habitat à l'intérieur de l'aire de distribution géographique de la population d'origine. Dans les deux cas, la nouvelle population va subir des mutations au cours de son développement, ce qui aura pour conséquence de l'isoler. Les raisons peuvent en être écologiques, éthologiques, mécaniques ou gamétiques.
--IsabelleS 21 mars 2010 à 23:26 (UTC)
Figures en Annexe nécessaires...}}--Pierre.brawand 27 janvier 2010 à 20:52 (UTC)
Quel est le rôle du remaniement des chromosomes dans la spéciation ?
Des modifications de chromosomes s'opèrent fréquemment lors de la spéciation d'une espèce. Premièrement, l'inversion et la translocation chromosomique jouent un rôle important dans l'isolement des populations. Par exemple, chez les hybrides engendrés par un individu à génome non modifié avec un individu ayant subi des modifications au niveau des chromosomes, les gamètes formés lors de la méiose auront une composition génétique anormale et seront pour la plupart stériles. Deuxièmement, des fusions et des fissions peuvent aussi altérer le nombre de chromosomes. Par exemple, chez les drosophiles, le nombre de chromosomes fluctue entre 3 et 6, dépendant de l'espèce. Un autre remaniement de chromosomes, la duplication, est produit par la spéciation. Elle résulte d'une insertion d'un ADN dans le génome à partir d'un ARN messager, ce qui engendre un crossing-over. Lorsque les duplications sont successives, elles produisent des familles multigéniques. Un exemple de duplications successives est celui des hémoglobines, protéines sanguines fixatrices d'oxygène.
--NathalieB 29 janvier 2010 à 08:26 (UTC) --IsabelleS 21 mars 2010 à 23:34 (UTC)
Quel est le rôle des gènes homéotiques dans l'évolution?
Pourquoi parler d'un seul coup des gènes homéotiques... dans quel contexte? introduire...--Pierre.brawand 1 mars 2010 à 13:41 (UTC) Un gène homéotique est un gène qui désigne l'architecture d'un être vivant, c’est-à-dire l'emplacement des organes sur le corps, durant le développement embryonnaire. La mutation de ce gène provoque un dérèglement du développement morphologique chez tout être vivant, c'est-à-dire chez les animaux et les plantes. Il suffit qu'un seul de ces gènes mute pour provoque une modification du phénotype. Par exemple, la drosophile peut développer des antennes à la place des pattes, des ailes au niveau des yeux, ... L'anthropologue Bateson a observé cette anomalie et l’a défini sous le terme d'homéoses. La plupart des gènes homéotiques sont composés d'une séquence d'ADN nommé homéoboîte (homebox) qui est constituée de 180 nucléotides. Ceux-ci avec les 60 acides aminés correspondant forment un domaine protéique appelé l'homéodomaine. Les gènes homéotiques ne sont pas les seuls a posséder une homéoboîte, il en existe d'autres qui eux aussi jouent un rôle dans le développement embryonnaire. Cependant, leur mutation n'induit pas une transformation du phénotype. En effet, la drosophile possède un complexe Hom-C constitué de huit gènes homéotiques qui sont rassemblés sur le chromosome 3. Sa fonction est de coder les protéines qui en se liant à l’ADN par leur homéodomaine jouent un rôle essentiel dans la transcription. Ces dernières régulent l’expression de très nombreux gènes qui contrôlent l’identité des segments. Les mammifère, eux possèdent 39 gènes formant quatre complexes (Hox A-D) qui sont analogues à celui de la drosophile et disposés sur différents chromosomes. Le rôle de ces complexes est de définir l'emplacement des organes sur la totalité du corps car les gènes qui les composent spécifient les segments qui forment tel ou tel appendice. Ces gènes homéotiques découlent d’anciens qui ont été des protagonistes fondamentaux dans l’évolution. Par différents processus tels que la duplication et le remaniement des chromosomes, ils ont modifié et varié l’architecture morphologique des animaux segmentés. --NathalieB 19 février 2010 à 08:34 (UTC)
Duplication, gènes homéotiques, ADN mitochondrial, ..., ? Encore quelques sujets clés à traiter. Alexandre Zimmerli 31 janvier 2010 à 23:36 (UTC)
L'ADN mitochondrial
La mitochondrie renferme une molécule d’ADN qui est l’ADN mitochondrial et possède un génome comportant peu de bases (nucléotides). Chez l'homme, 16'569 bases renferment 37 gènes. L'ADN mitochondrial est utilisé pour l’analyse de la diversité génétique de nos ancêtres. Plusieurs facteurs font de cet ADN un bon outil. Premièrement, il a un taux de mutation élevé ce qui provoque une rapide évolution. Deuxièmement, chaque cellule en contient un millier de réplique. Et troisièmement, étant transmis uniquement par la mère, il ne se recombine pas. En effet, en comparant le degré de similitude de l’ADN mitochondrial, il est possible de retracer la filiation des individus et ainsi construire un arbre phylogénétique. Les études ont démontré que les séquences des Homo sapiens ressemblent fortement à celles des Hommes actuels. Toutefois, elles diffèrent clairement de celles des Hommes de Neanderthal, qui pourtant partageaient les mêmes terres. Elles ont également révélé une différence de variabilité entre les différentes populations des cinq continents. En effet, la population du continent africain possède une plus grande variabilité de l’ADN mitochondrial que les autres. Cette variabilité étant en relation direct avec la durée de la vie sur Terre, cela nous amène à la conclusion suivante: le continent africain est le berceau de la vie humaine.