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Mutations et Mutants* - Biologie

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Mutation

Les erreurs survenant lors de la réplication de l'ADN ne sont pas le seul moyen par lequel des mutations peuvent survenir dans l'ADN. Mutations induites sont ceux qui résultent d'une exposition à des produits chimiques, aux rayons UV, aux rayons X ou à un autre agent environnemental. Mutations spontanées se produire sans aucune exposition à aucun agent environnemental ; ils sont le résultat de réactions biochimiques spontanées qui se déroulent au sein de la cellule.

Les mutations peuvent avoir un large éventail d'effets. Certaines mutations ne sont pas exprimées ; ceux-ci sont connus comme mutations silencieuses. Mutations ponctuelles sont ces mutations qui affectent une seule paire de bases. Les mutations nucléotidiques les plus courantes sont les substitutions, dans lesquelles une base est remplacée par une autre. Celles-ci peuvent être de deux types, soit des transitions, soit des transversions. Remplacement de transition désigne une purine ou une pyrimidine étant remplacée par une base de même nature ; par exemple, une purine telle que l'adénine peut être remplacée par la purine guanine. Remplacement de la transversion désigne une purine remplacée par une pyrimidine, ou vice versa ; par exemple, la cytosine, une pyrimidine, est remplacée par l'adénine, une purine. Les mutations peuvent également être le résultat de l'ajout d'un nucléotide, appelé insertion, ou de l'élimination d'une base, également appelée délétion. Parfois, un morceau d'ADN d'un chromosome peut être transloqué vers un autre chromosome ou vers une autre région du même chromosome ; c'est ce qu'on appelle la translocation.

Comme nous le verrons plus tard, lorsqu'une mutation se produit dans une région codant pour une protéine, elle peut avoir plusieurs effets. Les mutants de transition ou de transversion peuvent n'entraîner aucun changement dans la séquence protéique (appelée mutations silencieuses), modifiez la séquence d'acides aminés (appelée mutations faux-sens), ou créer ce qu'on appelle un codon d'arrêt (appelé mutation non-sens). Les insertions et délétions dans les séquences codant pour les protéines conduisent à ce que l'on appelle mutations de décalage de cadre. Des mutations faux-sens qui conduisent à changements conservateurs entraîne la substitution d'acides aminés similaires mais non identiques. Par exemple, le glutamate d'acide aminé acide substitué à l'aspartate d'acide aminé acide serait considéré comme conservateur. En général, nous ne nous attendons pas à ce que ces types de mutations faux-sens soient aussi graves qu'un non conservateur changement d'acide aminé; tel qu'un glutamate substitué à une valine. En nous basant sur notre compréhension de la chimie des groupes fonctionnels, nous pouvons correctement déduire que ce type de substitution peut entraîner de graves conséquences fonctionnelles, selon l'emplacement de la mutation.

Remarque : Veille de vocabulaire

Notez que le paragraphe précédent contenait beaucoup de vocabulaire potentiellement nouveau - ce serait une bonne idée d'apprendre ces termes.

Figure 1. Les mutations peuvent entraîner des changements dans la séquence protéique codée par l'ADN.

Discussion suggérée

D'après votre compréhension de la structure des protéines, quelles régions d'une protéine pensez-vous être plus sensibles aux substitutions, même aux substitutions d'acides aminés conservés ? Pourquoi?

Discussion suggérée

Une mutation d'insertion qui entraîne l'insertion de trois nucléotides est souvent moins délétère qu'une mutation qui entraîne l'insertion d'un nucléotide. Pourquoi?

Mutations : quelques nomenclatures et considérations

Mutation

Etymologiquement parlant, le terme mutation signifie simplement un changement ou une altération. En génétique, une mutation est un changement dans le matériel génétique - la séquence d'ADN - d'un organisme. Par extension, un mutant est l'organisme dans lequel une mutation s'est produite. Mais à quoi le changement est-il comparé ? La réponse à cette question, c'est que cela dépend. La comparaison peut être faite avec le géniteur direct (cellule ou organisme) ou avec des modèles observés dans une population de l'organisme en question. Cela dépend principalement du contexte spécifique de la discussion. Étant donné que les études génétiques examinent souvent une population (ou des sous-populations clés) d'individus, nous commençons par décrire le terme « type sauvage ».

Type sauvage vs mutant

Qu'entendons-nous par « type sauvage » ? Étant donné que la définition peut dépendre du contexte, ce concept n'est pas tout à fait simple. Voici quelques exemples de définitions que vous pouvez rencontrer :

Significations possibles de « type sauvage »

  1. Organisme ayant une apparence caractéristique de l'espèce dans une population reproductrice naturelle (c'est-à-dire des taches de guépard et des stries sombres ressemblant à des larmes qui s'étendent des yeux à la bouche).
  2. La ou les formes d'un gène se produisant le plus souvent dans la nature chez une espèce donnée.
  3. Un phénotype, un génotype ou un gène qui prédomine dans une population naturelle d'organismes ou une souche d'organismes contrairement à celle des formes mutantes naturelles ou de laboratoire.
  4. Le normal, par opposition au mutant, au gène ou à l'allèle.

Le fil conducteur de toutes les définitions énumérées ci-dessus est basé sur la « norme » pour un ensemble de caractéristiques par rapport à un trait spécifique par rapport à la population globale. Dans "l'âge du séquençage pré-ADN", les espèces ont été classées en fonction de phénotypes communs (à quoi elles ressemblaient, où elles vivaient, comment elles se comportaient, etc.). Une « norme » a été établie pour l'espèce en question. Par exemple, les corbeaux présentent un ensemble commun de caractéristiques, ce sont de grands oiseaux noirs qui vivent dans des régions spécifiques, mangent certains types de nourriture et se comportent d'une certaine manière caractéristique. Si nous en voyons un, nous savons que c'est un corbeau basé sur ces caractéristiques. Si nous en voyions un avec une tête blanche, nous penserions qu'il s'agit soit d'un oiseau différent (pas d'un corbeau), soit d'un mutant, un corbeau qui a quelque peu changé par rapport à la norme ou de type sauvage.

Dans cette classe, nous prenons ce qui est commun à propos de ces différentes définitions et adoptons l'idée que le "type sauvage" est simplement une norme de référence avec laquelle nous pouvons comparer les membres d'une population.

Discussion suggérée

Si vous attribuiez des traits de type sauvage pour décrire un chien, quels seraient-ils ? Quelle est la différence entre un trait mutant et la variation d'un trait dans une population de chiens ? Existe-t-il un type sauvage pour un chien que nous pourrions utiliser comme standard ? Comment commencerions-nous à penser ce concept en ce qui concerne les chiens ?

Figure 2. Les mutations peuvent entraîner des changements dans la séquence protéique codée par l'ADN qui ont ensuite un impact sur l'apparence extérieure de l'organisme.
(La source)

Les mutations sont simplement des changements par rapport au "type sauvage", référence ou séquence parentale pour un organisme. Alors que le terme « mutation » a des connotations familières négatives, nous devons nous rappeler que le changement n'est pas non plus intrinsèquement « mauvais ». En effet, les mutations (changements de séquences) ne doivent pas être principalement considérées comme « mauvaises » ou « bonnes », mais plutôt simplement comme des changements et une source de diversité génétique et phénotypique sur laquelle peut se produire une évolution par sélection naturelle. La sélection naturelle détermine en fin de compte le sort à long terme des mutations. Si la mutation confère un avantage sélectif à l'organisme, la mutation sera sélectionnée et pourra éventuellement devenir très courante dans la population. Inversement, si la mutation est délétère, la sélection naturelle garantira que la mutation sera perdue de la population. Si la mutation est neutre, c'est-à-dire qu'elle n'offre ni avantage ni inconvénient sélectif, alors elle peut persister dans la population. Différentes formes d'un gène, y compris celles associées au "type sauvage" et aux mutants respectifs, dans une population sont appelées allèles.

Conséquences des mutations

Pour un individu, la conséquence des mutations peut signifier peu ou elle peut signifier la vie ou la mort. Certaines mutations délétères sont nul ou Assommer mutations qui entraînent une perte de fonction du produit du gène. Ces mutations peuvent survenir par une délétion soit du gène entier, soit d'une partie du gène, soit par une mutation ponctuelle dans une région critique du gène qui rend le produit génique non fonctionnel. Ces types de mutations sont également appelés perte de fonction mutations. Alternativement, les mutations peuvent conduire à une modification d'une fonction existante (c'est-à-dire que la mutation peut changer l'efficacité catalytique d'une enzyme, un changement de spécificité de substrat ou un changement de structure). Dans de rares cas, une mutation peut créer une fonction nouvelle ou améliorée pour un produit génique ; c'est ce qu'on appelle souvent un gain de fonction mutation. Enfin, des mutations peuvent survenir dans des régions non codantes de l'ADN. Ces mutations peuvent avoir une variété de résultats, notamment une régulation altérée de l'expression des gènes, des changements dans les taux de réplication ou des propriétés structurelles de l'ADN et d'autres facteurs non associés aux protéines.

Discussion suggérée

Dans la discussion ci-dessus, quels types de scénarios permettraient à un tel mutant à gain de fonction de rivaliser avec un individu de type sauvage au sein de la population ? Comment pensez-vous que les mutations sont liées à l'évolution ?

Mutations et cancer

Les mutations peuvent affecter soit les cellules somatiques, soit les cellules germinales. Parfois, des mutations se produisent dans les gènes de réparation de l'ADN, compromettant ainsi la capacité de la cellule à réparer d'autres mutations qui peuvent survenir. Si, à la suite de mutations dans les gènes de réparation de l'ADN, de nombreuses mutations s'accumulent dans une cellule somatique, elles peuvent entraîner des problèmes tels que la division cellulaire incontrôlée observée dans le cancer. Les cancers, y compris les formes de cancer du pancréas, le cancer du côlon et le cancer colorectal, ont été associés à de telles mutations dans les gènes de réparation de l'ADN. Si, en revanche, une mutation dans la réparation de l'ADN se produit dans les cellules germinales (cellules sexuelles), la mutation sera transmise à la génération suivante, comme dans le cas de maladies comme l'hémophilie et la xeroderma pigmentosa. Dans le cas de la xeroderma pigmentoas, les personnes dont les processus de réparation de l'ADN sont compromis deviennent très sensibles aux rayons UV. Dans les cas graves, ces personnes peuvent avoir de graves brûlures du soleil avec quelques minutes d'exposition au soleil. Près de la moitié de tous les enfants atteints de cette maladie développent leur premier cancer de la peau avant l'âge de 10 ans.

Conséquences des erreurs de réplication, transcription et traduction

Quelque chose de clé à penser:

Les cellules ont évolué de diverses manières pour s'assurer que les erreurs d'ADN sont à la fois détectées et corrigées, de la relecture par les diverses ADN polymérases dépendantes de l'ADN, à des systèmes de réparation plus complexes. Pourquoi tant de mécanismes différents ont-ils évolué pour réparer les erreurs dans l'ADN ? En revanche, des mécanismes de relecture similaires n'ont PAS évolué pour les erreurs de transcription ou de traduction. Pourquoi cela pourrait-il être? Quelles seraient les conséquences d'une erreur de transcription? Une telle erreur affecterait-elle la progéniture ? Serait-ce mortel pour la cellule ? Qu'en est-il de Traduction? Posez les mêmes questions sur le processus de traduction. Que se passerait-il si le mauvais acide aminé était accidentellement introduit dans le polypeptide en croissance lors de la traduction d'une protéine ? Comparez cela avec la réplication de l'ADN.

Les mutations comme instruments de changement

Les mutations sont la façon dont les populations peuvent s'adapter aux pressions environnementales changeantes.

Des mutations sont créées au hasard dans le génome de chaque organisme, ce qui à son tour crée une diversité génétique et une pléthore d'allèles différents par gène et par organisme dans chaque population de la planète. Si les mutations ne se produisaient pas et que les chromosomes étaient répliqués et transmis avec une fidélité à 100 %, comment les cellules et les organismes s'adapteraient-ils ? Le fait que les mutations soient conservées par l'évolution dans une population dépend en grande partie du fait que la mutation offre un avantage sélectif, pose un certain coût sélectif ou est à tout le moins non nocive. En effet, des mutations qui semblent neutres peuvent persister dans la population pendant de nombreuses générations et n'avoir de sens que lorsqu'une population est confrontée à un nouveau défi environnemental. A ce stade, les mutations apparemment auparavant neutres peuvent fournir un avantage sélectif.

Exemple : Résistance aux antibiotiques

La bactérie E. coli est sensible à un antibiotique appelé streptomycine, qui inhibe la synthèse des protéines en se liant au ribosome. La protéine ribosomique L12 peut être mutée de telle sorte que la streptomycine ne se lie plus au ribosome et inhibe la synthèse des protéines. Les mutants de type sauvage et L12 se développent aussi bien et la mutation semble être neutre en l'absence de l'antibiotique. En présence de l'antibiotique, les cellules de type sauvage meurent et les mutants L12 survivent. Cet exemple montre à quel point la diversité génétique est importante pour la survie de la population. Si les mutations ne se produisaient pas au hasard, lorsque la population est mise au défi par un événement environnemental, tel que l'exposition à la streptomycine, toute la population mourrait. Pour la plupart des populations, cela devient un jeu de nombres. Si le taux de mutation est de 10-6 alors une population de 107 les cellules auraient 10 mutants ; une population de 108 aurait 100 mutants, etc.

Des erreurs non corrigées dans la réplication de l'ADN entraînent une mutation. Dans cet exemple, une erreur non corrigée a été transmise à une cellule fille bactérienne. Cette erreur est dans un gène qui code pour une partie du ribosome. La mutation entraîne une structure 3D finale différente de la protéine du ribosome. Alors que le ribosome de type sauvage peut se lier à la streptomycine (un antibiotique qui tuera la cellule bactérienne en inhibant la fonction du ribosome), le ribosome mutant ne peut pas se lier à la streptomycine. Cette bactérie est maintenant résistante à la streptomycine.
Source : image originale de l'équipe Bis2A

Discussion suggérée

Sur la base de notre exemple, si vous deviez développer une culture de E. coli à une densité de population de 109 cellules/ml; vous attendriez-vous à ce que toute la population soit identique? Combien de mutants vous attendriez-vous à voir dans 1 ml de culture ?

Un exemple : Lactate déshydrogénase

La lactate déshydrogénase (LDH), l'enzyme qui catalyse la réduction du pyruvate en acide lactique lors de la fermentation, alors que pratiquement tous les organismes ont cette activité, l'enzyme correspondante et donc le gène diffèrent énormément entre les humains et les bactéries. Les protéines sont clairement apparentées, elles remplissent la même fonction de base mais présentent une variété de différences, allant des affinités de liaison au substrat et des vitesses de réaction aux exigences optimales en sel et en pH. Chacun de ces attributs a été adapté de manière évolutive à chaque organisme spécifique à travers de multiples cycles de mutation et de sélection.

Discussion suggérée

Nous pouvons utiliser l'analyse comparative des séquences d'ADN pour générer des hypothèses sur les relations évolutives entre trois organismes ou plus. Une façon d'y parvenir est de comparer les séquences d'ADN ou de protéines des protéines trouvées dans chacun des organismes que nous souhaitons comparer. Imaginons, par exemple, que nous devions comparer les séquences de LDH provenant de trois organismes différents, l'organisme A, l'organisme B et l'organisme C. Si nous comparons la séquence de la protéine LDH de l'organisme A à celle de l'organisme B, nous trouvons une seule différence d'acides aminés. Si nous regardons maintenant l'organisme C, nous trouvons 2 différences d'acides aminés entre sa protéine LDH et celle de l'organisme A et une différence d'acide aminé lorsque l'enzyme de l'organisme C est comparée à celle de l'organisme B. Les deux organismes B et C partagent un changement commun par rapport à l'organisme A.

Schéma illustrant les structures primaires des protéines LDH de l'organisme A, de l'organisme B et de l'organisme C. Les lettres au centre du diagramme linéaire des protéines représentent les acides aminés à une position unique et les différences proposées dans chaque séquence. Les extrémités N et C sont également notées H2N et COOH, respectivement.
Attribution : Marc T. Facciotti (œuvre originale)

Question: L'organisme C est-il plus étroitement lié à l'organisme A ou B ? L'explication la plus simple est que l'organisme A est la forme la plus ancienne, une mutation s'est produite donnant naissance à l'organisme B. Au fil du temps, une deuxième mutation est apparue dans la lignée B pour donner naissance à l'enzyme trouvée dans l'organisme C. C'est l'explication la plus simple, mais nous ne peut pas exclure d'autres possibilités. Pouvez-vous penser à d'autres façons dont les différentes formes de l'enzyme LDH ont émergé de ces trois organismes ?

GLOSSAIRE

mutation induite :

mutation résultant d'une exposition à des produits chimiques ou à des agents environnementaux

mutation:

variation de la séquence nucléotidique d'un génome

réparation d'incompatibilité :

type de mécanisme de réparation dans lequel les bases incompatibles sont supprimées après réplication

réparation par excision de nucléotides :

type de mécanisme de réparation de l'ADN dans lequel la mauvaise base, ainsi que quelques nucléotides en amont ou en aval, sont éliminés

relecture :

fonction de DNA pol dans laquelle il lit la base nouvellement ajoutée avant d'ajouter la suivante

point de mutation:

mutation qui affecte une seule base

mutation silencieuse :

mutation qui n'est pas exprimée

mutation spontanée :

mutation qui se produit dans les cellules à la suite de réactions chimiques se produisant naturellement sans exposition à aucun agent externe

substitution de transition :

lorsqu'une purine est remplacée par une purine ou qu'une pyrimidine est remplacée par une autre pyrimidine

substitution de la transversion :

lorsqu'une purine est remplacée par une pyrimidine ou qu'une pyrimidine est remplacée par une purine


Mutation : signification, types et fréquence

Le mérite de la découverte de la mutation revient à Wright (1791) lorsqu'il l'a observée chez des moutons mâles. Tout changement héréditaire permanent ou stable autre que celui dû à la ségrégation et à la recombinaison mendéliennes peut être qualifié au sens large de mutation. Ainsi, le terme « mutation » dans ce sens « un changement héréditaire soudain dans une caractéristique d'un organisme » a été principalement introduit par Hugo de Vries en 1900.

La mutation peut être définie comme une modification chromosomique brutale ou soudaine ou discontinue avec effet génétique. —Mayer

« Une mutation est un changement dans un gène potentiellement transmissible ». —Synder

« Une mutation est un changement soudain et discontinu dans un gène se produisant rarement pour un gène particulier et capable de produire un changement grand ou petit dans une partie du corps. —Collins

La mutation au sens large comprend tous les changements dans le matériel héréditaire qui peuvent altérer le caractère de tout individu.

Le mot mutation est dérivé du mot latin muter, qui signifie changer. Ainsi, les mutations sont les changements permanents dans les gènes. Les gènes mutants ne s'expriment pas immédiatement car la plupart d'entre eux sont récessifs.

Ses effets phénotypiques ne sont observés qu'après une ou plusieurs générations lorsque le gène mutant est capable de se recombiner avec un autre gène récessif similaire. Ainsi, la mutation peut être définie comme un événement qui donne lieu à une alternance héréditaire dans le génotype. L'apparition soudaine d'un nouveau caractère héréditaire dans une population serait due à une mutation.

La mutation peut être classée comme suit :

2. Modifications du nombre chromosomique (polyploïdie, haploïdie, hétéroploïdie)

3. Modifications de la disposition des segments chromosomiques dues à

(а) Réarrangements segmentaires intra-chromosomiques (Inversions)

(b) Réarrangements segmentaires interchromosomiques (translocations)

(c) Pertes et duplication de segments chromosomiques (délétions et déficience)

Types de mutations:

Selon l'expression phénotypique, la mutation peut être classée dans les types suivants :

Lorsque des modifications génétiques se produisent dans les cellules somatiques ou végétatives des individus, elles sont appelées mutation somatique. Hugo de-Vries a dit que les sports sont des saltations. Il a été trouvé par Emerson dans l'endosperme du maïs et dans de nombreux tissus de plantes. Des chimères ont été développées d'une telle nature.

(ii) M spontanéutations :

Ces mutations spontanées ou génétiques sont généralement développées par des agents naturels tels que la lumière, la température, etc. Il existe divers caractères qui sont des mutations génétiques. Chez la souris, les mutations génétiques spontanées déterminent la couleur du pelage qui peut être de différentes couleurs comme le noir, le brun, le tacheté, etc. Chez la drosophile, il existe de nombreux gènes de type sauvage ou normal et leurs mutants comme les yeux blancs, les yeux roses, la couleur du corps jaune ou noir et les ailes vestigiales, etc. De même, il existe d'autres caractères affectant les gènes.

(iii) Mutations germinales :

Si la mutation se produit dans les cellules reproductrices des gonades, on parle alors de mutation germinale. Un tel type de mutation peut être génétique survenant dans les gamètes d'individus ou zygotique provenant du gamète diploïde fusionné. Différentes mutations liées au sexe sont de ces types et se transmettent de génération en génération.

(iv) Mutation biochimique :

De tels mutants influencent la production de produits chimiques au sein d'un organisme ou provoquent la prévention d'une certaine formation enzymatique constituant ainsi une mutation biochimique. Beadle et Tatum ont étudié en détail dans Neurospora. L'alcaptonurie et la phénylcétonurie décrites sous la nature des gènes sont également des mutations biochimiques.

(v) Mutations parasites :

Ce sont des mutations cachées apparaissant dans la génération à la suite d'un croisement ou d'autres moyens. Par exemple, chez la drosophile, le gène des yeux roses reste généralement caché mais il se révèle après avoir traversé. L'apparition de gènes récessifs produits par croisement constitue une fausse mutation.

(v) Mutations anomozygotes :

Ces changements se sont développés en raison de variations structurelles (aberrations chromosomiques) ou numériques (polyploïdes) dans les chromosomes.

(vii) Mutations inversées :

Il a été trouvé dans certaines bactéries qui ne sont pas capables de produire des vitamines et d'autres nutriments pour leur croissance, ce que le type normal de bactéries peut faire efficacement. Parfois, de tels mutants déficients reviennent ou passent à l'état normal sont appelés mutation inverse. La cause principale de la mutation inverse est le rayonnement. Même alors, ces mutations inverses sont généralement rares.

(viii) Mutations induites :

Lorsque des modifications génétiques sont produites artificiellement ou induites au moyen d'expériences, une telle modification constitue une mutation induite. L'agent qui provoque ces mutations induites est appelé agents mutagènes qui peuvent être des rayons X, divers produits chimiques, etc. Diverses ruptures chromosomiques provoquent ces changements.

Les mutations ont certaines caractéristiques générales qui sont résumées comme suit :

(i) Les mutations sont aléatoires, c'est-à-dire qu'elles peuvent provenir d'un gène. Cependant, certains gènes présentent des taux de mutation plus élevés que d'autres.

(ii) Les mutations sont généralement mortelles ou nocives pour l'organisme, une faible proportion (0,1%) de toutes les mutations induites sont utiles.

(iii) Les mutations sont récurrentes, c'est-à-dire que la même mutation peut se produire à plusieurs reprises ou encore et encore.

(iv) Les mutations induites montrent généralement une pléiotropie (un seul gène affectant deux caractères différents ou plus) souvent due à des mutations dans des gènes étroitement liés.

(v) Les mutations fournissent la matière première de l'évolution.

(vi) L'origine de la mutation est imprévisible et aléatoire.

(vii) Les mutations sont réversibles, c'est-à-dire qu'un allèle issu de mutations d'un gène peut à son tour muter à la forme originale du gène. C'est ce qu'on appelle la rétromutation.

Cela peut être représenté comme suit :

(viii) Un certain nombre de possibilités de mutation différentes existent pour tout gène particulier. Différentes mutations au même locus donnent naissance à plusieurs séries alléliques. Par exemple, chez la drosophile, le locus des yeux blancs lié au sexe (w) est représenté par un grand nombre d'allèles différents. Ceux-ci comprennent l'éosine et l'abricot ainsi que l'allèle de type blanc et sauvage.

(ix) Certains gènes augmentent les taux de mutations spontanées de certains autres gènes du génome, de tels gènes sont appelés gènes mutateurs. Certains gènes sont appelés gènes anti-mutateurs qui suppriment ou empêchent la mutation d'autres gènes.

(x) De nombreux agents, à la fois physiques et chimiques, augmentent la fréquence des mutations, ils sont dits agents mutagènes.

(xi) Certains allèles mutants ne subissent pas de mutation. Ils ne présentent pas de mutation inverse. On pense que ces allèles mutants sont formés par des délétions.

Généralement, les mutations ont des effets nocifs sur les organismes. Les individus qui les portent, réduisent leur viabilité.

Selon leur effet sur la viabilité des individus, il peut être classé en quatre groupes :

Muller (1927) a d'abord produit avec succès une mutation chez la drosophile par traitement aux rayons X.

Les mutations mortelles tuent tous les organismes qui les portent. Les létaux dominants ne peuvent donc pas être étudiés car ils ne peuvent survivre même à l'état hétérozygote. Ainsi, nous ne devons considérer que les létaux récessifs. Les létaux récessifs tueraient les individus qui les portent à l'état homozygote, par exemple, une mutation de la chlorophylle albina.

(ii) et (iii) Sublétal et Subvital.

Il réduit la viabilité mais ne tue pas les individus qui les portent. Les sous-létaux tueront plus de 50% des individus, alors que les sous-vitaux moins de 50%. Une grande majorité des mutations sont sublétales et sub-vitales, et n'ont donc aucune valeur pour l'amélioration des cultures.

Les mutations vitales ne réduisent pas la viabilité des individus qui les portent. En pratique, l'amélioration des cultures n'a besoin que de telles mutations. Il se produit à très basse fréquence par rapport aux autres types.

Étapes auxquelles les mutations Occur :

Des mutations peuvent survenir à n'importe quel stade du développement de l'organisme. Si la mutation intervient dans les cellules germinales primordiales, tous les gamètes dérivés de ces cellules germinales primordiales seront porteurs du caractère mutant.

Si cela se produit dans l'un des gamètes, cela entraîne un individu mutant dans la descendance. Si la mutation a lieu dans l'un des chromosomes filles du zygote en division, une partie du corps de l'individu sera porteuse de la mutation.

Plus elle apparaît tardivement, plus petite sera la partie du corps porteuse de la mutation. Ce type d'individu est appelé Mosaic, par exemple, chez la drosophile œil rouge normal avec une tache blanche ou avec un œil blanc et un œil rouge. Des mutations ont également lieu dans le tissu somatique de n'importe quelle partie du corps.

La mutation apparaît soudainement et ne se produit jamais progressivement chez un seul individu et se transmet à sa descendance. Des mutations ont été observées chez Oenothera, le maïs, l'homme et d'autres espèces végétales et animales comme la drosophile. Ces dernières années, les micro-organismes se sont avérés être le matériau le plus favorable pour étudier ce phénomène.

Fréquence des mutations:

Différents gènes ont des taux de mutabilité différents. Le taux de mutation peut être défini comme le nombre de changements à un locus spécial d'un allèle à un autre, mesuré dans une unité biologique de temps, c'est-à-dire la génération dans une population donnée.

Le taux de mutation varie d'un organisme à l'autre et même d'une variété à l'autre dans un même organisme. Le taux de mutation varie considérablement d'un locus à l'autre au sein d'une même variété.

(a) Mutations chez la drosophile:

En 1909, T.H. Morgan a trouvé dans sa souche normale aux yeux rouges de culture de drosophile, un mâle exceptionnel aux yeux blancs. Il a observé que le gène de la couleur des yeux est situé dans le chromosome sexuel et que le caractère est transmis comme étant lié au sexe. Chez les mouches aux yeux blancs, une mutation s'est produite dans le gène situé dans le chromosome sexuel et, par conséquent, la couleur des yeux devient blanche.

Par la suite, la couleur des yeux est restée blanche génération après génération. Ainsi, le changement de couleur des yeux de la drosophile est dû à un changement soudain du gène situé dans le chromosome sexuel. Ce changement soudain est connu sous le nom de mutation génétique ou ponctuelle.

La mutation peut se produire à n'importe quel stade de développement des organismes, mais certains stades de la division cellulaire, par exemple la phase S, peuvent produire des mutations à un taux plus élevé avec les mutagènes que ceux au cours d'autres phases du cycle cellulaire.

(b) Mutation dans Oenothera :

L'Oenothera Lamarckian (onagre) est originaire d'Amérique, de-Vries l'a trouvée poussant comme mauvaise herbe en Hollande. Dans le jardin de Vries, il a produit un certain nombre de mutants frappants. Parmi ceux-ci, un mutant appelé gigas différait de la forme parentale par sa grande taille, un autre mutant appelé nanella était petit et encore différent par la couleur, la taille et la forme de diverses parties.

Maintenant, il a été établi que ce que de-Vries avait décrit comme des mutations sont en réalité des changements dans le nombre chromosomique. Il a été prouvé que les formes parentales ont 14 chromosomes et les gigas mutants ont 28 chromosomes. Il est donc clair que l'apparition des gigas est due au changement du nombre de chromosomes uniquement et non du nombre de gènes.

(c) Mutations dans Bacteria:

En raison de mutations, les bactéries peuvent subir les changements suivants :

(i) Les bactéries peuvent devenir résistantes aux antibiotiques tels que la pénicilline ou elles peuvent y devenir sensibles.

(ii) Lorsque des bactériophages sont introduits dans une culture de bactéries, la plupart d'entre eux meurent. Mais certains d'entre eux deviennent résistants aux bactériophages. Cette résistance pourrait s'être produite de deux manières (i) avant l'introduction des bactériophages, des mutations auraient pu se produire et ils seraient devenus résistants ou (ii) après l'introduction des bactériophages, des mutations auraient pu se produire dans les gènes et ils seraient devenus résistants.

(ré) Mutation chez l'homme:

Mutations biochimiques:

Les enzymes ont un rôle important dans le métabolisme de chaque organisme. Mais de nombreuses enzymes ne sont pas présentes dans l'œuf fécondé mais se développent progressivement au cours du développement sous l'influence des gènes.

Les substances chimiques présentes dans le corps sont souvent de nature compliquée et sont constituées ou décomposées en une série d'étapes. Chaque enzyme est responsable d'une seule étape et l'étape suivante serait prise en charge par une enzyme totalement différente.

En l'absence d'enzyme 𔃱’ A ne sera pas converti en B et en l'absence de B, il n'y aura pas de C et D. Chaque gène influence ou est responsable d'une enzyme particulière et en cas de mutation dans ce gène l'enzyme spécifique qui influence est absent, et il y aurait un blocage chimique.

Par exemple, si une enzyme se trouve dans les produits chimiques produits par un organisme ou qui empêchent leur production, on les appelle des mutations biochimiques. Ceux-ci sont connus pour se produire à la fois chez l'homme et d'autres organismes.

Mutations biochimiques chez l'homme:

La première mutation biochimique enregistrée chez l'homme est l'Alcaptonurie, décrite par Garrod en 1909. Elle se caractérise par le fait que l'urine du patient devient noire lorsqu'elle est exposée à l'air. L'alcaptonurie est héritée comme un caractère autosomique récessif. Garrod a découvert que les personnes qui souffrent de ce trouble ne peuvent pas décomposer une certaine substance chimique connue sous le nom d'acide homogénétique.

Chez les personnes normales, l'acide homogénétique est converti en une substance intermédiaire appelée acide acétoacétique qui est ensuite décomposée en CO2 et H2O. Mais chez les alcaptonuriques, le passage de l'acide homogénétique à l'acide acétoacétique ne se produit pas, de sorte que l'acide homogénétique s'accumule dans l'urine et donne une couleur noire lorsqu'il est exposé à l'air.

La réaction normale a lieu sous l'influence d'une enzyme présente dans le sérum sanguin des personnes normales, mais semble absente dans le sérum des alcaptonuriques.

Garrod a pu montrer que le blocage chimique, ici, était dû à une mutation récessive.

2. Phénylcétonurie:

C'est un trouble métabolique plus grave que l'alcaptonurie, mais chimiquement lié à celle-ci. Les enfants souffrant de ce trouble sont déficients mentaux et sont appelés idiots phénylpyruviques. Ils ont également une variété d'autres défauts de nature grave et meurent à un âge précoce.

Du côté chimique, ils sont incapables de décomposer une certaine substance chimique, connue sous le nom d'acide phénylpyruvique, en une autre substance appelée acide hydroxy-phényl-pyruvique qui à son tour serait généralement décomposée en de simples déchets, le CO2 et H2O. Là encore, le blocage chimique est dû à une mutation.

L'albinisme chez l'homme est dû à une mutation qui interfère avec une étape dans la constitution du pigment mélanique. Les trois défauts mentionnés ci-dessus sont chimiquement liés, en ce sens qu'ils impliquent des ruptures dans une chaîne métabolique qui peut être attribuée à une substance connue sous le nom de phénylalanine.

La goutte est une autre maladie chez l'homme. Biochimiquement, il résulte d'un défaut du métabolisme des acides nucléiques. Il en résulte une accumulation d'acide urique dans le sang. Si la quantité d'acide urique dépasse trop, une arthrite goutteuse peut survenir en raison de la formation de cristaux d'acide urique dans les articulations.

5. Diabète sucré:

Il s'agit d'une maladie bien connue et importante caractérisée par l'excrétion de sucre dans l'urine. Elle est causée par l'incapacité des entrées pancréatiques à sécréter l'insuline, une hormone essentielle au métabolisme des glucides. Le symptôme de la maladie est le sucre dans l'urine, qui à son tour résulte de l'élévation du taux de sucre dans le sang au-dessus de 180 milligrammes pour cent.

Mutations induites:

Les mutations produites artificiellement en raison d'agents chimiques ou physiques (principalement des radiations) sont dites mutations induites. Les agents capables d'induire des mutations sont appelés mutagènes et leur capacité à induire une mutation est appelée propriété mutagène. Le processus d'induction de mutations par le traitement de mutagènes est appelé mutagenèse, tandis que l'utilisation de mutations induites pour l'amélioration des cultures est appelée sélection de mutations.

Détection de mutation, méthode CIB:

H.J.Muller (1927) a montré que des mutations pouvaient être produites artificiellement chez la drosophile par les rayons X. Ces mutations ont provoqué des changements visibles allant de la couleur des yeux rouges au blanc ou des effets mortels causant la mort. Les rayons X produisent des effets mortels dans tous les chromosomes de la drosophile, mais ici la discussion se limitera au chromosome X.

Il existe une technique standard pour la détection de nouveaux létaux dans les chromosomes X de la drosophile conçue par Muller et connue sous le nom de méthode CIB. Chez les femelles (XX), un chromosome X contient trois gènes : un C dominant est le suppresseur de croisement, un gène mortel récessif et le gène dominant B pour les yeux barrés.

Les trois gènes CIB se trouvent dans un chromosome X et l'autre chromosome X est normal. Ces mouches sont connues sous le nom de femelles CIB. Ces femelles aux yeux barrés (CIB) sont accouplées avec des mâles normaux (XY) qui ont été radiographiés.

À la suite de l'accouplement, des femelles barrées ont été produites contenant du CIB (dérivé de leur mère) et le chromosome X du père traité avec des rayons X. Cette femelle (CIB X’) lorsqu'elle est accouplée avec n'importe quel mâle normal (XY), puis en F2 la moitié de leurs fils reçoivent le chromosome CIB et meurent.

L'autre moitié reçoit le chromosome X traité, et ceux-ci meurent également si le chromosome X traité contient un létal. Mais tous les F2 les filles survivront puisqu'elles reçoivent un chromosome X normal de leur père. On en conclut donc que si F1 La femelle CIB ne produit que des filles et non des fils, cela signifie qu'elle a reçu une mort du père traité.

Parfois, une technique spéciale « méthode X attachée » est utilisée pour détecter une mutation visible. Dans cette femelle portant les chromosomes X et Y attachés sont accouplés avec les mâles irradiés par les rayons X. Des fils qui auront deux chromosomes X différents peuvent être identifiés et une mutation peut être détectée.

Évolution de la mutation:

Il a été observé que la variation mendélienne peut survenir par la recombinaison des gènes existants par hybridation. Par conséquent, le changement fondamental est assuré par la mutation. Les mutations ne sont pas des pertes de gènes, mais seulement des changements dans la structure du génie. Les mutations sont presque récessives. Baur dans Antirrhinum majus n'a trouvé que 9 à 10 dominantes sur 300 mutations et les autres se sont avérées récessives pour les types sauvages.

Le taux et la direction de la mutation varient selon les gènes. Les mutations provoquent une perturbation importante du développement, du fonctionnement et de la vie normaux de tout corps. Par conséquent, les mutations sont d'une grande importance dans l'évolution avec de petits effets. Celles-ci sont parfois qualifiées de micro mutations et leurs effets ne sont souvent pas observables. Si ces petites variations s'avèrent avantageuses pour les organismes, ces derniers ont une plus grande valeur dans l'évolution.

Les variations héréditaires par mutations sont directives et non intentionnelles. Les mutations ne sont pas dirigées par l'environnement et celles-ci ne se développent pas pour remplir un objectif spécifié pour l'organisme.

Comme exemples de mutation offrant des chances d'évolution de nouvelles formes, variétés ou espèces, on peut citer Cicer gigas et Arachis hypogea var. gigantea. La variété améliorée très populaire dans le paddy G.E.B. 24 est censé être issu d'une mutation dans Kona Mani. De même, chez ragi (Eleusine coracana) E.C. 3735 est né par mutation dans E.C. 593. Le premier est plus précoce que le second.

La mutation des caractères quantitatifs et qualitatifs a été exploitée pour le développement de plus de 300 variétés de diverses cultures. Certaines mutations sont utiles dans l'amélioration des cultures et ont des effets bénéfiques. Les mutations ont permis l'analyse des gènes ainsi que la détermination des relations entre les gènes et les protéines ainsi que certaines caractéristiques du code génétique.

Des mutations induites sont appliquées pour analyser les effets des différents types d'alternances connues de l'ADN ou des gènes sur l'expression des caractères concernés. Une telle analyse est souvent appelée génétique inverse par opposition à la génétique classique.

Fondamentalement, la mutation d'un gène permet à ce gène d'être identifié et étudié. Par exemple, le locus des yeux blancs n'a été observé qu'après la découverte du mutant aux yeux blancs de la drosophile, il en va de même pour les autres gènes de la couleur des yeux.

Rôle de la mutation dans la sélection végétale:

Il a été utilisé pour améliorer les caractères qualitatifs et quantitatifs, y compris la résistance aux maladies et la capacité de rendement de diverses cultures.

Les diverses applications de la sélection par mutation peuvent être présentées comme suit :

(si1 les hybrides produits par hybridation peuvent être traités avec divers mutagènes pour augmenter la variabilité génétique et pour faciliter la recombinaison entre les gènes liés. Cette méthode n'a pas été largement utilisée.

(ii) Divers mutagènes ont été utilisés pour améliorer différents caractères quantitatifs, en particulier le rendement. Grâce à cette technique, diverses variétés ont été développées jusqu'à présent qui ont montré des performances de rendement élevées.

(iii) Dans le cas de cultures clonales de nature très hétérozygote, la mutagenèse n'est que la meilleure méthode pour améliorer la spécificité des clones sans modifier leur constitution génétique. par exemple, « sports rouges » dans la pomme, etc. En d'autres termes, il est utile d'améliorer les caractéristiques spécifiques d'une variété à haut rendement bien adoptée.

(iv) La sélection par mutation sert de complément utile au matériel génétique disponible. Il faut bien comprendre que la sélection par mutation ne peut pas minimiser la nécessité de la collecte de matériel génétique.

(v) La mutation s'est avérée utile dans certains caractères spécifiques comme la formation de graines.Beaucoup plus de travaux ont été réalisés en Suède par Gustafson 1954, 1960, Nybora 1954, Mackey, 1956, Smith 1951, où des agents mutagènes sont appliqués sur de nombreuses plantes cultivées, y compris les arbres de jardin.

De même, un énorme travail a été fait en Allemagne de l'Est sur le soja et l'orge par Scholz 1960, Zacharias 1956, Stubbe 1959 et aux États-Unis sur Arachis hypogea. (unité de pois) par Gregory (1956). Une variété de Pallas à peine nommée et de pois nommé Stral a été développée par irradiation aux rayons X. activité (d) graines grasses et (e) résistance aux maladies, etc.

(vi) L'irradiation d'hybrides distants a été effectuée pour produire des translocations. Ceci est fait pour transférer un segment de chromosome ayant un gène souhaitable du chromosome étranger au chromosome d'une espèce cultivée.

(vii) Grâce à la mutagenèse, plus de 335 variétés ont été produites dans différents pays du monde. De telles variétés mutantes peuvent être illustrées comme dans les céréales, les légumes, les millets, les graines oléagineuses, les légumineuses, les arbres fruitiers, etc. mais le paddy, l'orge, le blé représentent 50 % des variétés mutantes dans toutes les cultures. Ces variétés végétales appartiennent à des espèces diploïdes et polyploïdes, à reproduction sexuée et asexuée.

En Inde, le travail sur l'induction de la mutation a été lancé à partir de l'ICAR, New Delhi. ‘Gamma garden’ a été développé pour la même chose. Depuis 1930, un certain nombre de variétés de cultures ont été développées par mutagenèse, par exemple G.E.B. 24, Jagannath paddy, CO8152, CO8153 (canne à sucre), blé NP836, coton Indore 2, Jute JRO 412 et 514, Gram T87 etc. Jagannath paddy est un mutant semi-nain induit par rayons gamma de la grande variété T141. Jagannath a diverses qualités comme la résistance à la verse, une capacité de rendement plus élevée et plus responsable de l'application d'engrais par rapport à la variété parentale.

La variété de canne à sucre CO8152 est un mutant induit par les rayons gamma du CO527. Il a été observé que CO8152 a donné un rendement supérieur de 40 pour cent à celui de la variété parentale. La variété mutante CO8152 a deux chromosomes de moins que la variété parentale CO527. Ceci est un exemple d'un changement dans le nombre de chromosomes qui a déjà produit un phénotype mutant souhaitable.

Les variétés mutantes (environ 94%) développées jusqu'en 1982 étaient dues aux traitements suivants tels que les mutagènes physiques par mutagenèse chimique (environ 5%) et 1% par traitement combiné (mutants physiques et chimiques à la fois). Il a été observé que les mutagènes physiques étaient plus efficaces dans les cultures à propagation asexuée que celles à reproduction sexuée, comme indiqué ci-dessous.

Apsara dans le centre de recherche atomique de Bhabha, Trombe est maintenant sous-utilisé pour induire une mutation depuis 1956. Par application de neutrons dans Apsara, diverses variétés de cultures ont été produites, par exemple Pt B 10 et G.E.B. 24, lignées consanguines comme D4, N6, D65 & ITe 701 dans le maïs, etc.

Limites de la mutation:

(1) L'induction artificielle d'une mutation est très coûteuse. Par conséquent, cette technique n'est pas si utile.

(2) Les mutations ne sont pas stables.

(3) La plupart des mutations sont mortelles.

(4) L'objectif principal de la mutation est de développer la variation, mais l'Inde a de la chance là où la variation naturelle est abondante.


Contenu

Les mutations peuvent impliquer la duplication de grandes sections d'ADN, généralement par recombinaison génétique. [9] Ces duplications sont une source majeure de matière première pour l'évolution de nouveaux gènes, avec des dizaines à des centaines de gènes dupliqués dans les génomes animaux tous les millions d'années. [10] La plupart des gènes appartiennent à de plus grandes familles de gènes d'ascendance partagée, détectables par leur homologie de séquence. [11] Les nouveaux gènes sont produits par plusieurs méthodes, généralement par duplication et mutation d'un gène ancestral, ou en recombinant des parties de différents gènes pour former de nouvelles combinaisons avec de nouvelles fonctions. [12] [13]

Ici, les domaines protéiques agissent comme des modules, chacun ayant une fonction particulière et indépendante, qui peuvent être mélangés pour produire des gènes codant pour de nouvelles protéines aux propriétés inédites. [14] Par exemple, l'œil humain utilise quatre gènes pour créer des structures qui détectent la lumière : trois pour les cellules coniques ou la vision des couleurs et un pour les cellules en bâtonnets ou la vision nocturne, tous les quatre sont issus d'un seul gène ancestral. [15] Un autre avantage de la duplication d'un gène (ou même d'un génome entier) est que cela augmente la redondance d'ingénierie, ce qui permet à un gène de la paire d'acquérir une nouvelle fonction tandis que l'autre copie remplit la fonction d'origine. [16] [17] D'autres types de mutation créent occasionnellement de nouveaux gènes à partir d'ADN auparavant non codant. [18] [19]

Les changements dans le nombre de chromosomes peuvent impliquer des mutations encore plus importantes, où des segments de l'ADN à l'intérieur des chromosomes se brisent puis se réarrangent. Par exemple, chez les Homininae, deux chromosomes fusionnés pour produire le chromosome humain 2, cette fusion ne s'est pas produite dans la lignée des autres singes, et ils conservent ces chromosomes séparés. [20] Dans l'évolution, le rôle le plus important de tels réarrangements chromosomiques peut être d'accélérer la divergence d'une population en une nouvelle espèce en rendant les populations moins susceptibles de se croiser, préservant ainsi les différences génétiques entre ces populations. [21]

Les séquences d'ADN qui peuvent se déplacer dans le génome, telles que les transposons, constituent une fraction majeure du matériel génétique des plantes et des animaux, et peuvent avoir joué un rôle important dans l'évolution des génomes. [22] Par exemple, plus d'un million de copies de la séquence Alu sont présentes dans le génome humain, et ces séquences ont maintenant été recrutées pour remplir des fonctions telles que la régulation de l'expression des gènes. [23] Un autre effet de ces séquences d'ADN mobiles est que lorsqu'elles se déplacent dans un génome, elles peuvent muter ou supprimer des gènes existants et ainsi produire une diversité génétique. [6]

Les mutations non létales s'accumulent dans le pool génétique et augmentent la quantité de variation génétique. [24] L'abondance de certains changements génétiques dans le pool génétique peut être réduite par la sélection naturelle, tandis que d'autres mutations "plus favorables" peuvent s'accumuler et entraîner des changements adaptatifs.

Par exemple, un papillon peut produire une progéniture avec de nouvelles mutations. La majorité de ces mutations n'auront aucun effet, mais l'une d'entre elles pourrait changer la couleur de l'une des progénitures du papillon, ce qui la rendra plus difficile (ou plus facile) à voir pour les prédateurs. Si ce changement de couleur est avantageux, les chances de survie de ce papillon et de production de sa propre progéniture sont un peu meilleures, et avec le temps, le nombre de papillons porteurs de cette mutation peut former un pourcentage plus important de la population.

Les mutations neutres sont définies comme des mutations dont les effets n'influencent pas la fitness d'un individu. Ceux-ci peuvent augmenter en fréquence au fil du temps en raison de la dérive génétique. On pense que l'écrasante majorité des mutations n'ont pas d'effet significatif sur la forme physique d'un organisme. [25] [26] En outre, les mécanismes de réparation de l'ADN sont capables de réparer la plupart des changements avant qu'ils ne deviennent des mutations permanentes, et de nombreux organismes ont des mécanismes pour éliminer les cellules somatiques mutées autrement de manière permanente.

Des mutations bénéfiques peuvent améliorer le succès de reproduction. [27] [28]

Quatre classes de mutations sont (1) les mutations spontanées (décroissance moléculaire), (2) les mutations dues au contournement de la réplication sujette aux erreurs de dommages naturels à l'ADN (également appelée synthèse de translésion sujette aux erreurs), (3) les erreurs introduites lors de la réparation de l'ADN, et (4) des mutations induites causées par des mutagènes. Les scientifiques peuvent également introduire délibérément des séquences mutantes par manipulation d'ADN à des fins d'expérimentation scientifique.

Une étude de 2017 a affirmé que 66% des mutations cancérigènes sont aléatoires, 29% sont dues à l'environnement (la population étudiée couvre 69 pays) et 5% sont héréditaires. [29]

Les humains transmettent en moyenne 60 nouvelles mutations à leurs enfants, mais les pères transmettent plus de mutations en fonction de leur âge, ajoutant chaque année deux nouvelles mutations à un enfant. [30]

Mutation spontanée Modifier

Mutations spontanées se produisent avec une probabilité non nulle, même avec une cellule saine et non contaminée. On estime que les dommages oxydatifs naturels de l'ADN se produisent 10 000 fois par cellule et par jour chez l'homme et 100 000 fois par cellule et par jour chez le rat. [31] Les mutations spontanées peuvent être caractérisées par le changement spécifique : [32]

    – Une base est modifiée par le repositionnement d'un atome d'hydrogène, modifiant le modèle de liaison hydrogène de cette base, entraînant un appariement incorrect des bases lors de la réplication. [33] – Perte d'une base purique (A ou G) pour former un site apurinique (site AP). – L'hydrolyse transforme une base normale en une base atypique contenant un groupe céto à la place du groupe amine d'origine. Les exemples incluent C → U et A → HX (hypoxanthine), qui peuvent être corrigés par des mécanismes de réparation de l'ADN et 5MeC (5-méthylcytosine) → T, qui est moins susceptible d'être détecté comme une mutation car la thymine est une base d'ADN normale. – Dénaturation du nouveau brin de la matrice lors de la réplication, suivie d'une renaturation à un endroit différent ("glissement"). Cela peut entraîner des insertions ou des suppressions.

Contournement de réplication sujet aux erreurs Modifier

Il existe de plus en plus de preuves que la majorité des mutations spontanées sont dues à une réplication sujette aux erreurs (synthèse de la translésion) après des dommages à l'ADN dans le brin matrice. Chez la souris, la majorité des mutations sont causées par la synthèse de translésion. [34] De même, chez la levure, Kunz et al. [35] ont trouvé que plus de 60 % des substitutions et délétions spontanées d'une seule paire de bases étaient dues à la synthèse de translésion.

Erreurs introduites lors de la réparation de l'ADN Modifier

Bien que les cassures double brin naturelles se produisent à une fréquence relativement faible dans l'ADN, leur réparation provoque souvent des mutations. L'assemblage d'extrémités non homologues (NHEJ) est une voie majeure pour la réparation des cassures double brin. NHEJ implique le retrait de quelques nucléotides pour permettre un alignement quelque peu imprécis des deux extrémités pour se joindre, suivi de l'ajout de nucléotides pour combler les lacunes. En conséquence, NHEJ introduit souvent des mutations. [36]

Mutation induite Modifier

Les mutations induites sont des altérations du gène après son contact avec des mutagènes et des causes environnementales.

Mutations induites au niveau moléculaire peut être causée par :

  • Produits chimiques (par exemple, Bromodésoxyuridine (BrdU)) (par exemple, N-éthyle-N-nitrosourée (ENU). Ces agents peuvent muter à la fois l'ADN réplicatif et non réplicatif. En revanche, un analogue de base ne peut muter l'ADN que lorsque l'analogue est incorporé dans la réplication de l'ADN. Chacune de ces classes de mutagènes chimiques a certains effets qui conduisent ensuite à des transitions, des transversions ou des délétions.
  • Agents qui forment des adduits à l'ADN (par exemple, l'ochratoxine A) [38]
  • Les agents d'intercalation de l'ADN (par exemple, le bromure d'éthidium) convertissent les groupes amine sur A et C en groupes diazo, modifiant leurs modèles de liaison hydrogène, ce qui conduit à un appariement incorrect des bases lors de la réplication.
    lumière (UV) (y compris les rayonnements non ionisants). Deux bases nucléotidiques de l'ADN, la cytosine et la thymine, sont les plus vulnérables aux rayonnements qui peuvent modifier leurs propriétés. La lumière UV peut induire des bases pyrimidiques adjacentes dans un brin d'ADN à se joindre de manière covalente en tant que dimère de pyrimidine. Les rayons UV, en particulier les UVA à ondes plus longues, peuvent également causer des dommages oxydatifs à l'ADN. [39] . L'exposition aux rayonnements ionisants, tels que les rayonnements gamma, peut entraîner une mutation, pouvant entraîner un cancer ou la mort.

Alors qu'autrefois les mutations étaient supposées se produire par hasard, ou induites par des mutagènes, des mécanismes moléculaires de mutation ont été découverts dans les bactéries et à travers l'arbre de la vie. Comme le déclare S. Rosenberg, "Ces mécanismes révèlent une image de mutagenèse hautement régulée, régulée à la hausse dans le temps par les réponses au stress et activée lorsque les cellules/organismes sont inadaptés à leur environnement - lorsqu'ils sont stressés - accélérant potentiellement l'adaptation." [40] Puisqu'il s'agit de mécanismes mutagènes auto-induits qui augmentent le taux d'adaptation des organismes, ils ont parfois été nommés mécanismes de mutagenèse adaptative, et incluent la réponse SOS chez les bactéries, [41] la recombinaison intrachromosomique ectopique [42] et d'autres événements tels que les doublons. [40]

Par effet sur la structure Modifier

La séquence d'un gène peut être modifiée de plusieurs manières. [44] Les mutations génétiques ont des effets variables sur la santé selon l'endroit où elles se produisent et si elles altèrent la fonction des protéines essentielles. Les mutations dans la structure des gènes peuvent être classées en plusieurs types.

Mutations à grande échelle Modifier

Les mutations à grande échelle dans la structure chromosomique comprennent :

  • Les amplifications (ou duplications de gènes) ou la répétition d'un segment chromosomique ou la présence d'un morceau supplémentaire d'un chromosome peuvent s'attacher à un chromosome homologue ou non homologue, de sorte que certains des gènes sont présents à plus de deux doses. à de multiples copies de toutes les régions chromosomiques, augmentant ainsi le dosage des gènes qui s'y trouvent.
  • Suppressions de grandes régions chromosomiques, entraînant la perte des gènes dans ces régions.
  • Mutations dont l'effet est de juxtaposer des morceaux d'ADN précédemment séparés, rassemblant potentiellement des gènes séparés pour former des gènes de fusion fonctionnellement distincts (par exemple, bcr-abl).
  • Des modifications à grande échelle de la structure des chromosomes, appelées réarrangements chromosomiques, peuvent entraîner une diminution de la valeur adaptative, mais également une spéciation dans des populations isolées et consanguines. Ceux-ci inclus:
      : échange de parties génétiques de chromosomes non homologues. : inversion de l'orientation d'un segment chromosomique.
  • Crossover chromosomique non homologue.
  • Délétions interstitielles : une délétion intra-chromosomique qui supprime un segment d'ADN d'un seul chromosome, s'apposant ainsi sur des gènes auparavant distants. Par exemple, des cellules isolées d'un astrocytome humain, un type de tumeur cérébrale, présentaient une délétion chromosomique supprimant les séquences entre le gène Fused in Glioblastoma (FIG) et le récepteur tyrosine kinase (ROS), produisant une protéine de fusion (FIG- ROS). La protéine de fusion anormale FIG-ROS a une activité kinase constitutivement active qui provoque une transformation oncogène (une transformation de cellules normales en cellules cancéreuses).
  • Mutations à petite échelle Modifier

    Les mutations à petite échelle affectent un gène dans un ou quelques nucléotides. (Si un seul nucléotide est affecté, on les appelle des mutations ponctuelles.) Les mutations à petite échelle comprennent :

      ajouter un ou plusieurs nucléotides supplémentaires dans l'ADN. Ils sont généralement causés par des éléments transposables ou des erreurs lors de la réplication d'éléments répétitifs. Les insertions dans la région codante d'un gène peuvent altérer l'épissage de l'ARNm (mutation du site d'épissage) ou provoquer un décalage du cadre de lecture (décalage du cadre), les deux pouvant altérer considérablement le produit du gène. Les insertions peuvent être inversées par excision de l'élément transposable. retirer un ou plusieurs nucléotides de l'ADN. Comme les insertions, ces mutations peuvent altérer le cadre de lecture du gène. En général, ils sont irréversibles : bien qu'exactement la même séquence puisse, en théorie, être restaurée par une insertion, des éléments transposables capables de revenir sur une très courte délétion (disons 1–2 bases) dans tout l'emplacement est hautement improbable ou n'existe pas du tout. , souvent causées par des produits chimiques ou un dysfonctionnement de la réplication de l'ADN, échangent un seul nucléotide contre un autre. [45] Ces changements sont classés comme transitions ou transversions. [46] La plus courante est la transition qui échange une purine pour une purine (A G) ou une pyrimidine pour une pyrimidine, (C ↔ T). Une transition peut être provoquée par l'acide nitreux, un mauvais appariement de bases ou des analogues de bases mutagènes tels que BrdU. Moins courante est une transversion, qui échange une purine contre une pyrimidine ou une pyrimidine contre une purine (C/T A/G). Un exemple de transversion est la conversion de l'adénine (A) en une cytosine (C). Les mutations ponctuelles sont des modifications de paires de bases uniques d'ADN ou d'autres petites paires de bases au sein d'un gène. Une mutation ponctuelle peut être inversée par une autre mutation ponctuelle, dans laquelle le nucléotide est ramené à son état d'origine (véritable réversion) ou par une réversion du deuxième site (une mutation complémentaire ailleurs qui entraîne la récupération de la fonctionnalité du gène). Comme discuté ci-dessous, les mutations ponctuelles qui se produisent dans la région codant pour la protéine d'un gène peuvent être classées comme des substitutions synonymes ou non synonymes, ces dernières pouvant à leur tour être divisées en mutations faux-sens ou non-sens.

    Par impact sur la séquence protéique Modifier

    L'effet d'une mutation sur la séquence protéique dépend en partie de l'endroit où elle se produit dans le génome, en particulier si elle se trouve dans une région codante ou non codante. Les mutations dans les séquences régulatrices non codantes d'un gène, telles que les promoteurs, les amplificateurs et les silencieux, peuvent modifier les niveaux d'expression génique, mais sont moins susceptibles de modifier la séquence protéique. Les mutations au sein des introns et dans les régions sans fonction biologique connue (p.

    Les mutations qui se produisent dans les régions codantes du génome sont plus susceptibles d'altérer le produit protéique et peuvent être classées en fonction de leur effet sur la séquence d'acides aminés :

    • Une mutation de décalage du cadre de lecture est causée par l'insertion ou la suppression d'un nombre de nucléotides qui n'est pas divisible par trois à partir d'une séquence d'ADN. En raison de la nature triple de l'expression génique par les codons, l'insertion ou la suppression peut perturber le cadre de lecture, ou le regroupement des codons, entraînant une traduction complètement différente de l'original. [47] Plus la délétion ou l'insertion se produit tôt dans la séquence, plus la protéine produite est altérée. (Par exemple, le code CCU GAC UAC CUA code pour les acides aminés proline, acide aspartique, tyrosine et leucine. Si le U dans CCU était supprimé, la séquence résultante serait CCG ACU ACC UAx, qui coderait à la place pour la proline, la thréonine, la thréonine et une partie d'un autre acide aminé ou peut-être un codon d'arrêt (où le x représente le nucléotide suivant). En revanche, toute insertion ou suppression qui est divisible par trois est appelée un mutation dans le cadre.
    • Une mutation par substitution ponctuelle entraîne une modification d'un seul nucléotide et peut être synonyme ou non.
      • Une substitution synonyme remplace un codon par un autre codon qui code pour le même acide aminé, de sorte que la séquence d'acides aminés produite n'est pas modifiée. Des mutations synonymes se produisent en raison de la nature dégénérée du code génétique. Si cette mutation n'entraîne aucun effet phénotypique, alors elle est dite silencieuse, mais toutes les substitutions synonymes ne sont pas silencieuses. (Il peut également y avoir des mutations silencieuses dans les nucléotides en dehors des régions codantes, telles que les introns, car la séquence nucléotidique exacte n'est pas aussi cruciale que dans les régions codantes, mais celles-ci ne sont pas considérées comme des substitutions synonymes.)
      • Une substitution non synonyme remplace un codon par un autre codon qui code pour un acide aminé différent, de sorte que la séquence d'acides aminés produite est modifiée. Les substitutions non synonymes peuvent être classées comme des mutations non-sens ou faux-sens :
        • Une mutation faux-sens modifie un nucléotide pour provoquer la substitution d'un acide aminé différent. Cela peut à son tour rendre la protéine résultante non fonctionnelle.De telles mutations sont responsables de maladies telles que l'épidermolyse bulleuse, la drépanocytose et la SLA médiée par SOD1. [48] ​​D'autre part, si une mutation faux-sens se produit dans un codon d'acide aminé qui entraîne l'utilisation d'un acide aminé différent, mais chimiquement similaire, alors parfois peu ou pas de changement est rendu dans la protéine. Par exemple, un changement de AAA à AGA codera pour l'arginine, une molécule chimiquement similaire à la lysine prévue. Dans ce dernier cas, la mutation aura peu ou pas d'effet sur le phénotype et sera donc neutre.
        • Une mutation non-sens est une mutation ponctuelle dans une séquence d'ADN qui entraîne un codon stop prématuré, ou un codon absurde dans l'ARNm transcrit, et éventuellement un produit protéique tronqué et souvent non fonctionnel. Ce type de mutation a été lié à différentes maladies, telles que l'hyperplasie congénitale des surrénales. (Voir Codon d'arrêt.)

        Par effet sur la fonction Modifier

        • Les mutations par perte de fonction, également appelées mutations inactivantes, ont pour résultat que le produit du gène a moins ou pas de fonction (étant partiellement ou totalement inactivé). Lorsque l'allèle a une perte complète de fonction (allèle nul), il est souvent appelé mutation amorphe ou amorphe dans le schéma des morphes de Muller. Les phénotypes associés à de telles mutations sont le plus souvent récessifs. Les exceptions sont lorsque l'organisme est haploïde, ou lorsque le dosage réduit d'un produit génique normal n'est pas suffisant pour un phénotype normal (c'est ce qu'on appelle l'haploinsuffisance). les mutations, également appelées mutations activatrices, modifient le produit du gène de telle sorte que son effet devient plus fort (activation améliorée) ou même est remplacé par une fonction différente et anormale. Lorsque le nouvel allèle est créé, un hétérozygote contenant l'allèle nouvellement créé ainsi que l'original exprimera génétiquement le nouvel allèle, ce qui définit les mutations comme des phénotypes dominants. Plusieurs des morphes de Muller correspondent à un gain de fonction, y compris l'hypermorphe (expression génique accrue) et le néomorphe (nouvelle fonction). En décembre 2017, le gouvernement américain a levé une interdiction temporaire mise en œuvre en 2014 qui interdisait le financement fédéral de toute nouvelle expérience de « gain de fonction » qui améliore les agents pathogènes « tels que la grippe aviaire, le SRAS et le syndrome respiratoire du Moyen-Orient ou les virus MERS ». [49][50]
        • Les mutations négatives dominantes (également appelées mutations antimorphiques) ont un produit génique altéré qui agit de manière antagoniste par rapport à l'allèle de type sauvage. Ces mutations entraînent généralement une altération de la fonction moléculaire (souvent inactive) et sont caractérisées par un phénotype dominant ou semi-dominant. Chez l'homme, des mutations négatives dominantes ont été impliquées dans le cancer (par exemple, des mutations dans les gènes p53, [51]ATM, [52]CEBPA[53] et PPARgamma[54] ). Le syndrome de Marfan est causé par des mutations du FBN1 gène, situé sur le chromosome 15, qui code pour la fibrilline-1, un composant glycoprotéique de la matrice extracellulaire. [55] Le syndrome de Marfan est aussi un exemple de mutation négative dominante et d'haploinsuffisance. [56][57] , après la classification de Muller, sont caractérisés par des produits géniques altérés qui agissent avec une expression génique réduite par rapport à l'allèle de type sauvage. Habituellement, les mutations hypomorphes sont récessives, mais l'haplo-insuffisance fait que certains allèles sont dominants. se caractérisent par le contrôle de la synthèse de nouveaux produits protéiques. sont des mutations qui entraînent la mort des organismes porteurs des mutations.
        • Une rétromutation ou réversion est une mutation ponctuelle qui restaure la séquence d'origine et donc le phénotype d'origine. [58]

        Par effet sur la condition physique (mutations nocives, bénéfiques, neutres) Modifier

        En génétique, il est parfois utile de classer les mutations en nuisible ou bénéfique (ou neutre):

        • Une mutation nuisible, ou délétère, diminue la forme physique de l'organisme. De nombreuses mutations, mais pas toutes, dans les gènes essentiels sont nocives (si une mutation ne modifie pas la séquence d'acides aminés d'une protéine essentielle, elle est inoffensive dans la plupart des cas).
        • Une mutation bénéfique ou avantageuse augmente la forme physique de l'organisme. Des exemples sont des mutations qui conduisent à une résistance aux antibiotiques chez les bactéries (qui sont bénéfiques pour les bactéries mais généralement pas pour les humains).
        • Une mutation neutre n'a aucun effet nocif ou bénéfique sur l'organisme. De telles mutations se produisent à un rythme constant, formant la base de l'horloge moléculaire. Dans la théorie neutre de l'évolution moléculaire, les mutations neutres fournissent la dérive génétique comme base de la plupart des variations au niveau moléculaire. Chez les animaux ou les plantes, la plupart des mutations sont neutres, étant donné que la grande majorité de leurs génomes est soit non codante, soit constituée de séquences répétitives qui n'ont pas de fonction évidente ("junk DNA"). [59]

        Criblages de mutagenèse quantitative à grande échelle, dans lequel des milliers de millions de mutations sont testées, constatent invariablement qu'une fraction plus importante de mutations a des effets néfastes mais renvoie toujours un certain nombre de mutations bénéfiques. Par exemple, dans un criblage de toutes les délétions de gènes dans E. coli, 80 % des mutations étaient négatives, mais 20 % étaient positives, même si beaucoup avaient un très faible effet sur la croissance (selon la condition). [60] Notez que le gène suppressions impliquent l'élimination de gènes entiers, de sorte que les mutations ponctuelles ont presque toujours un effet beaucoup plus faible. Dans un écran similaire dans Streptococcus pneumoniae, mais cette fois avec les insertions de transposons, 76% des mutants d'insertion ont été classés comme neutres, 16% avaient une fitness significativement réduite, mais 6% étaient avantageux. [61]

        Cette classification est évidemment relative et quelque peu artificielle : une mutation néfaste peut rapidement se transformer en mutation bénéfique lorsque les conditions changent. Par exemple, les mutations qui ont conduit à une peau plus claire chez les caucasiens, sont bénéfiques dans les régions moins exposées au soleil mais nocives dans les régions proches de l'équateur. En outre, il existe un gradient allant de nocif/bénéfique à neutre, car de nombreuses mutations peuvent avoir des effets faibles et pour la plupart négligeables, mais dans certaines conditions, elles deviendront pertinentes. De plus, de nombreux traits sont déterminés par des centaines de gènes (ou loci), de sorte que chaque locus n'a qu'un effet mineur. Par exemple, la taille humaine est déterminée par des centaines de variantes génétiques ("mutations"), mais chacune d'entre elles a un effet très mineur sur la taille, [62] en dehors de l'impact de la nutrition. La hauteur (ou la taille) elle-même peut être plus ou moins bénéfique, comme le montre la vaste gamme de tailles dans les groupes d'animaux ou de plantes.

        Distribution des effets sur la condition physique (DFE) Modifier

        Des tentatives ont été faites pour déduire la distribution des effets de fitness (DFE) en utilisant des expériences de mutagenèse et des modèles théoriques appliqués aux données de séquence moléculaire. La DFE, telle qu'elle est utilisée pour déterminer l'abondance relative de différents types de mutations (c'est-à-dire, fortement délétères, presque neutres ou avantageuses), est pertinente pour de nombreuses questions évolutives, telles que le maintien de la variation génétique, [63] le taux de décomposition génomique, [64] le maintien de la reproduction sexuée allogame par opposition à la consanguinité [65] et l'évolution du sexe et de la recombinaison génétique. [66] Le DFE peut également être suivi en suivant l'asymétrie de la distribution des mutations avec des effets putativement graves par rapport à la distribution des mutations avec un effet putativement léger ou absent. [67] En résumé, le DFE joue un rôle important dans la prédiction de la dynamique évolutive. [68] [69] Une variété d'approches ont été utilisées pour étudier le DFE, y compris des méthodes théoriques, expérimentales et analytiques.

        • Expérience de mutagenèse : la méthode directe pour étudier le DFE consiste à induire des mutations, puis à mesurer les effets de l'adaptation mutationnelle, ce qui a déjà été fait dans les virus, les bactéries, les levures et Drosophile. Par exemple, la plupart des études sur le DFE dans les virus ont utilisé la mutagenèse dirigée pour créer des mutations ponctuelles et mesurer la valeur adaptative relative de chaque mutant. [70][71][72][73] Dans Escherichia coli, une étude a utilisé la mutagenèse par transposon pour mesurer directement la valeur adaptative d'une insertion aléatoire d'un dérivé de Tn10. [74] Chez la levure, une approche combinée de mutagenèse et de séquençage profond a été développée pour générer des bibliothèques de mutants systématiques de haute qualité et mesurer la fitness à haut débit. [75] Cependant, étant donné que de nombreuses mutations ont des effets trop faibles pour être détectés [76] et que les expériences de mutagenèse ne peuvent détecter que des mutations d'effet modérément important, l'analyse des données de séquence d'ADN peut fournir des informations précieuses sur ces mutations.
        • Analyse de séquences moléculaires : avec le développement rapide de la technologie de séquençage de l'ADN, une énorme quantité de données de séquences d'ADN est disponible et encore plus est à venir à l'avenir. Diverses méthodes ont été développées pour déduire le DFE à partir des données de séquence d'ADN. [77][78][79][80] En examinant les différences de séquence d'ADN au sein et entre les espèces, nous sommes en mesure de déduire diverses caractéristiques du DFE pour les mutations neutres, délétères et avantageuses. [24] Pour être précis, l'approche d'analyse de séquence d'ADN nous permet d'estimer les effets de mutations avec des effets très faibles, qui sont difficilement détectables par des expériences de mutagenèse.

        L'une des premières études théoriques sur la distribution des effets de fitness a été réalisée par Motoo Kimura, un influent généticien théorique des populations. Sa théorie neutre de l'évolution moléculaire propose que la plupart des nouvelles mutations seront très délétères, une petite fraction étant neutre. [81] [25] Hiroshi Akashi a plus récemment proposé un modèle bimodal pour le DFE, avec des modes centrés sur des mutations très délétères et neutres. [82] Les deux théories conviennent que la grande majorité des nouvelles mutations sont neutres ou délétères et que les mutations avantageuses sont rares, ce qui a été soutenu par les résultats expérimentaux. Un exemple est une étude réalisée sur le DFE de mutations aléatoires dans le virus de la stomatite vésiculeuse. [70] De toutes les mutations, 39,6 % étaient mortelles, 31,2 % étaient délétères non mortelles et 27,1 % étaient neutres. Un autre exemple provient d'une expérience de mutagenèse à haut débit avec de la levure. [75] Dans cette expérience, il a été montré que le DFE global est bimodal, avec un groupe de mutations neutres et une large distribution de mutations délétères.

        Bien que relativement peu de mutations soient avantageuses, celles qui le sont jouent un rôle important dans les changements évolutifs. [83] Comme les mutations neutres, les mutations avantageuses faiblement sélectionnées peuvent être perdues en raison d'une dérive génétique aléatoire, mais les mutations avantageuses fortement sélectionnées sont plus susceptibles d'être fixées. Connaître le DFE des mutations avantageuses peut conduire à une capacité accrue à prédire la dynamique évolutive. Des travaux théoriques sur le DFE pour des mutations avantageuses ont été réalisés par John H. Gillespie [84] et H. Allen Orr. [85] Ils ont proposé que la distribution des mutations avantageuses soit exponentielle dans un large éventail de conditions, ce qui, en général, a été soutenu par des études expérimentales, au moins pour des mutations avantageuses fortement sélectionnées. [86] [87] [88]

        En général, il est admis que la majorité des mutations sont neutres ou délétères, les mutations avantageuses étant rares cependant, la proportion de types de mutations varie selon les espèces. Cela indique deux points importants : premièrement, la proportion de mutations effectivement neutres est susceptible de varier entre les espèces, résultant de la dépendance vis-à-vis de la taille effective de la population, deuxièmement, l'effet moyen des mutations délétères varie considérablement d'une espèce à l'autre. [24] En outre, le DFE diffère également entre les régions codantes et les régions non codantes, le DFE d'ADN non codant contenant des mutations plus faiblement sélectionnées. [24]

        Par héritage Modifier

        Dans les organismes multicellulaires dotés de cellules reproductrices dédiées, les mutations peuvent être subdivisées en mutations germinales, qui peuvent être transmises aux descendants par leurs cellules reproductrices, et en mutations somatiques (également appelées mutations acquises), [89] qui impliquent des cellules en dehors du groupe reproducteur dédié et qui ne sont généralement pas transmis aux descendants.

        Les organismes diploïdes (par exemple, les humains) contiennent deux copies de chaque gène - un allèle paternel et un allèle maternel. Sur la base de l'occurrence d'une mutation sur chaque chromosome, nous pouvons classer les mutations en trois types. Un organisme de type sauvage ou homozygote non muté est un organisme dans lequel aucun des allèles n'est muté.

        • Une mutation hétérozygote est une mutation d'un seul allèle.
        • Une mutation homozygote est une mutation identique des allèles paternel et maternel. mutations ou un composé génétique se compose de deux mutations différentes dans les allèles paternel et maternel. [90]

        Mutation de la lignée germinale Modifier

        Une mutation germinale dans les cellules reproductrices d'un individu donne lieu à une mutation constitutionnelle dans la descendance, c'est-à-dire une mutation présente dans chaque cellule. Une mutation constitutionnelle peut également survenir très peu de temps après la fécondation, ou continuer à partir d'une mutation constitutionnelle précédente chez un parent. [91] Une mutation germinale peut être transmise aux générations suivantes d'organismes.

        La distinction entre la lignée germinale et les mutations somatiques est importante chez les animaux qui ont une lignée germinale dédiée à la production de cellules reproductrices. Cependant, il est de peu de valeur pour comprendre les effets des mutations chez les plantes, qui manquent d'une lignée germinale dédiée. La distinction est également floue chez les animaux qui se reproduisent de manière asexuée par des mécanismes tels que le bourgeonnement, car les cellules qui donnent naissance aux organismes filles donnent également naissance à la lignée germinale de cet organisme.

        Une nouvelle mutation germinale non héritée de l'un ou l'autre des parents est appelée une de novo mutation.

        Mutation somatique Modifier

        Un changement dans la structure génétique qui n'est pas hérité d'un parent, et non plus transmis à la progéniture, est appelé une mutation somatique. [89] Les mutations somatiques ne sont pas héritées par la progéniture d'un organisme car elles n'affectent pas la lignée germinale. Cependant, ils sont transmis à toute la descendance d'une cellule mutée au sein du même organisme au cours de la mitose. Une partie importante d'un organisme pourrait donc porter la même mutation. Ces types de mutations sont généralement provoqués par des causes environnementales, telles que le rayonnement ultraviolet ou toute exposition à certains produits chimiques nocifs, et peuvent provoquer des maladies, notamment le cancer. [92]

        Avec les plantes, certaines mutations somatiques peuvent être propagées sans qu'il soit nécessaire de produire des graines, par exemple, par greffage et boutures de tige. Ce type de mutation a conduit à de nouveaux types de fruits, tels que la pomme "Delicious" et l'orange navel "Washington". [93]

        Les cellules somatiques humaines et murines ont un taux de mutation plus de dix fois supérieur au taux de mutation germinale pour les deux espèces, les souris ont un taux plus élevé de mutations somatiques et germinales par division cellulaire que les humains. La disparité du taux de mutation entre la lignée germinale et les tissus somatiques reflète probablement la plus grande importance du maintien du génome dans la lignée germinale que dans le soma. [94]

        Cours spéciaux Modifier

        • Mutation conditionnelle est une mutation qui a un phénotype de type sauvage (ou moins sévère) dans certaines conditions environnementales « permissives » et un phénotype mutant dans certaines conditions « restrictives ». Par exemple, une mutation sensible à la température peut provoquer la mort cellulaire à haute température (condition restrictive), mais pourrait n'avoir aucune conséquence délétère à une température plus basse (condition permissive). [95] Ces mutations ne sont pas autonomes, car leur manifestation dépend de la présence de certaines conditions, par opposition à d'autres mutations qui apparaissent de manière autonome. [96] Les conditions permissives peuvent être la température, [97] certains produits chimiques, [98] la lumière [98] ou des mutations dans d'autres parties du génome. [96]Dansvive des mécanismes tels que les commutateurs transcriptionnels peuvent créer des mutations conditionnelles. Par exemple, l'association du domaine de liaison aux stéroïdes peut créer un commutateur transcriptionnel qui peut modifier l'expression d'un gène en fonction de la présence d'un ligand stéroïde. [99] Les mutations conditionnelles ont des applications dans la recherche car elles permettent de contrôler l'expression des gènes. Ceci est particulièrement utile pour étudier les maladies chez l'adulte en permettant l'expression après une certaine période de croissance, éliminant ainsi l'effet délétère de l'expression des gènes observé au cours des stades de développement dans les organismes modèles. [98] Les systèmes d'ADN recombinase comme la recombinaison Cre-Lox utilisés en association avec des promoteurs activés dans certaines conditions peuvent générer des mutations conditionnelles. La technologie Dual Recombinase peut être utilisée pour induire de multiples mutations conditionnelles afin d'étudier les maladies qui se manifestent à la suite de mutations simultanées dans plusieurs gènes. [98] Certaines intéines ont été identifiées qui ne s'épissent qu'à certaines températures permissives, ce qui conduit à une synthèse protéique inappropriée et donc à des mutations de perte de fonction à d'autres températures. [100] Les mutations conditionnelles peuvent également être utilisées dans les études génétiques associées au vieillissement, car l'expression peut être modifiée après une certaine période de temps dans la durée de vie de l'organisme. [97]
        • Les loci de caractères quantitatifs du moment de la réplication affectent la réplication de l'ADN.

        Nomenclature Modifier

        Afin de catégoriser une mutation en tant que telle, la séquence « normale » doit être obtenue à partir de l'ADN d'un organisme « normal » ou « sain » (par opposition à un organisme « mutant » ou « malade »), elle doit être identifiée et signalée idéalement, elle devrait être rendue publique pour une simple comparaison nucléotide par nucléotide, et acceptée par la communauté scientifique ou par un groupe de généticiens et de biologistes experts, qui ont la responsabilité d'établir la la norme ou séquence dite "consensuelle". Cette étape nécessite un énorme effort scientifique. Une fois la séquence consensus connue, les mutations dans un génome peuvent être localisées, décrites et classées. Le comité de la Human Genome Variation Society (HGVS) a développé la nomenclature standard des variantes de séquences humaines, [101] qui devrait être utilisée par les chercheurs et les centres de diagnostic de l'ADN pour générer des descriptions de mutations sans ambiguïté. En principe, cette nomenclature peut également être utilisée pour décrire des mutations dans d'autres organismes. La nomenclature précise le type de mutation et les changements de bases ou d'acides aminés.

        • Substitution nucléotidique (par exemple, 76A>T) - Le nombre est la position du nucléotide à partir de l'extrémité 5', la première lettre représente le nucléotide de type sauvage et la deuxième lettre représente le nucléotide qui a remplacé le type sauvage. Dans l'exemple donné, l'adénine à la 76ème position a été remplacée par une thymine.
          • S'il devient nécessaire de différencier les mutations de l'ADN génomique, de l'ADN mitochondrial et de l'ARN, une convention simple est utilisée. Par exemple, si la 100e base d'une séquence de nucléotides muté de G à C, elle s'écrirait g.100G>C si la mutation s'est produite dans l'ADN génomique, m.100G>C si la mutation s'est produite dans l'ADN mitochondrial, ou r.100g>c si la mutation s'est produite dans l'ARN. A noter que, pour les mutations dans l'ARN, le code nucléotidique est écrit en minuscule.

          Les taux de mutation varient considérablement d'une espèce à l'autre, et les forces évolutives qui déterminent généralement la mutation font l'objet d'une enquête en cours.

          Dans humains, le taux de mutation est d'environ 50-90 de novo mutations par génome par génération, c'est-à-dire que chaque humain accumule environ 50 à 90 nouvelles mutations qui n'étaient pas présentes chez ses parents.Ce nombre a été établi en séquençant des milliers de trios humains, c'est-à-dire deux parents et au moins un enfant. [102]

          Les génomes des virus à ARN sont basés sur l'ARN plutôt que sur l'ADN. Le génome viral à ARN peut être double brin (comme dans l'ADN) ou simple brin. Dans certains de ces virus (comme le virus de l'immunodéficience humaine simple brin), la réplication se produit rapidement et il n'existe aucun mécanisme pour vérifier l'exactitude du génome. Ce processus sujet aux erreurs entraîne souvent des mutations.

          Les modifications de l'ADN causées par une mutation dans une région codante de l'ADN peuvent entraîner des erreurs dans la séquence des protéines qui peuvent entraîner des protéines partiellement ou complètement non fonctionnelles. Chaque cellule, pour fonctionner correctement, dépend de milliers de protéines pour fonctionner aux bons endroits au bon moment. Lorsqu'une mutation modifie une protéine qui joue un rôle essentiel dans le corps, une condition médicale peut en résulter. Une étude sur la comparaison des gènes entre différentes espèces de Drosophile suggère que si une mutation modifie une protéine, la mutation sera très probablement nocive, avec environ 70 pour cent des polymorphismes d'acides aminés ayant des effets néfastes, et le reste étant neutre ou faiblement bénéfique. [8] Certaines mutations modifient la séquence de base d'ADN d'un gène mais ne modifient pas la protéine produite par le gène. Des études ont montré que seulement 7 % des mutations ponctuelles dans l'ADN non codant de la levure sont délétères et 12 % dans l'ADN codant sont délétères. Le reste des mutations est soit neutre, soit légèrement bénéfique. [103]

          Troubles héréditaires Modifier

          Si une mutation est présente dans une cellule germinale, elle peut donner naissance à une descendance qui porte la mutation dans toutes ses cellules. C'est le cas des maladies héréditaires. En particulier, s'il y a une mutation dans un gène de réparation de l'ADN dans une cellule germinale, les humains porteurs de telles mutations germinales peuvent avoir un risque accru de cancer. Une liste de 34 mutations germinales de ce type est donnée dans l'article sur le trouble de la réparation de l'ADN. Un exemple est l'albinisme, une mutation qui se produit dans le gène OCA1 ou OCA2. Les personnes atteintes de ce trouble sont plus sujettes à de nombreux types de cancers, à d'autres troubles et ont une vision altérée.

          Les dommages à l'ADN peuvent provoquer une erreur lors de la réplication de l'ADN, et cette erreur de réplication peut provoquer une mutation génétique qui, à son tour, pourrait provoquer une maladie génétique. Les dommages à l'ADN sont réparés par le système de réparation de l'ADN de la cellule. Chaque cellule possède un certain nombre de voies par lesquelles les enzymes reconnaissent et réparent les dommages de l'ADN. Parce que l'ADN peut être endommagé de plusieurs manières, le processus de réparation de l'ADN est un moyen important par lequel le corps se protège des maladies. Une fois que les dommages à l'ADN ont donné lieu à une mutation, la mutation ne peut pas être réparée.

          Rôle dans la cancérogenèse Modifier

          D'autre part, une mutation peut se produire dans une cellule somatique d'un organisme. De telles mutations seront présentes chez tous les descendants de cette cellule au sein d'un même organisme. L'accumulation de certaines mutations au fil des générations de cellules somatiques fait partie des causes de transformation maligne, de la cellule normale à la cellule cancéreuse. [104]

          Les cellules présentant des mutations hétérozygotes avec perte de fonction (une bonne copie du gène et une copie mutée) peuvent fonctionner normalement avec la copie non mutée jusqu'à ce que la bonne copie ait subi une mutation somatique spontanée. Ce type de mutation se produit souvent dans les organismes vivants, mais il est difficile d'en mesurer le taux. La mesure de ce taux est importante pour prédire le taux auquel les gens peuvent développer un cancer. [105]

          Les mutations ponctuelles peuvent résulter de mutations spontanées qui se produisent lors de la réplication de l'ADN. Le taux de mutation peut être augmenté par les mutagènes. Les mutagènes peuvent être physiques, tels que les rayonnements des rayons UV, des rayons X ou de la chaleur extrême, ou chimiques (des molécules qui égarent les paires de bases ou perturbent la forme hélicoïdale de l'ADN). Les mutagènes associés aux cancers sont souvent étudiés pour en savoir plus sur le cancer et sa prévention.

          Mutations de prions Modifier

          Les prions sont des protéines et ne contiennent pas de matériel génétique. Cependant, il a été démontré que la réplication du prion est sujette à la mutation et à la sélection naturelle, tout comme les autres formes de réplication. [106] Le gène humain PRNP code pour la principale protéine prion, PrP, et est sujet à des mutations qui peuvent donner lieu à des prions pathogènes.

          Bien que les mutations qui provoquent des changements dans les séquences protéiques puissent être nocives pour un organisme, l'effet peut parfois être positif dans un environnement donné. Dans ce cas, la mutation peut permettre à l'organisme mutant de mieux résister à des stress environnementaux particuliers que les organismes de type sauvage, ou de se reproduire plus rapidement. Dans ces cas, une mutation aura tendance à devenir plus fréquente dans une population par sélection naturelle. Les exemples incluent les suivants :

          Résistance au VIH: une délétion spécifique de 32 paires de bases dans le CCR5 humain (CCR5-Δ32) confère une résistance au VIH aux homozygotes et retarde l'apparition du SIDA chez les hétérozygotes. [107] Une explication possible de l'étiologie de la fréquence relativement élevée de CCR5-Δ32 dans la population européenne est qu'elle a conféré une résistance à la peste bubonique au milieu du 14ème siècle en Europe. Les personnes atteintes de cette mutation avaient plus de chances de survivre à l'infection, sa fréquence dans la population a donc augmenté. [108] Cette théorie pourrait expliquer pourquoi cette mutation n'est pas trouvée en Afrique australe, qui est restée épargnée par la peste bubonique. Une théorie plus récente suggère que la pression sélective sur la mutation CCR5 Delta 32 a été causée par la variole au lieu de la peste bubonique. [109]

          Résistance au paludisme: Un exemple de mutation nocive est la drépanocytose, une maladie du sang dans laquelle le corps produit un type anormal d'hémoglobine, une substance transportant l'oxygène dans les globules rouges. Un tiers de tous les habitants indigènes de l'Afrique subsaharienne portent l'allèle, car, dans les régions où le paludisme est courant, il y a une valeur de survie à ne porter qu'un seul allèle drépanocytaire (trait drépanocytaire). [110] Ceux qui n'ont qu'un des deux allèles de la drépanocytose sont plus résistants au paludisme, car l'infestation du paludisme Plasmodium est stoppée par la falciformation des cellules qu'elle infeste.

          Résistance aux antibiotiques: Pratiquement toutes les bactéries développent une résistance aux antibiotiques lorsqu'elles sont exposées aux antibiotiques. En fait, les populations bactériennes ont déjà de telles mutations qui sont sélectionnées par sélection antibiotique. [111] Évidemment, de telles mutations ne sont bénéfiques que pour les bactéries mais pas pour les personnes infectées.

          Persistance de la lactase. Une mutation a permis aux humains d'exprimer l'enzyme lactase après avoir été naturellement sevrés du lait maternel, permettant aux adultes de digérer le lactose, qui est probablement l'une des mutations les plus bénéfiques de l'évolution humaine récente. [112]

          Mutationnisme est l'une des nombreuses alternatives à l'évolution par sélection naturelle qui ont existé avant et après la publication du livre de Charles Darwin en 1859, À propos de l'origine des espèces. Dans la théorie, la mutation était source de nouveauté, créant de nouvelles formes et de nouvelles espèces, potentiellement instantanément, [113] dans un saut soudain. [114] Cela a été envisagé comme moteur de l'évolution, qui était limitée par l'offre de mutations.

          Avant Darwin, les biologistes croyaient généralement au saltationnisme, la possibilité de grands sauts évolutifs, y compris la spéciation immédiate. Par exemple, en 1822, Étienne Geoffroy Saint-Hilaire a soutenu que les espèces pourraient être formées par des transformations soudaines, ou ce qu'on appellera plus tard la macromutation. [115] Darwin s'est opposé à la saltation, insistant sur le gradualisme en évolution comme en géologie. En 1864, Albert von Kölliker renoue avec la théorie de Geoffroy. [116] En 1901, le généticien Hugo de Vries a donné le nom de "mutation" à des formes apparemment nouvelles qui sont soudainement apparues dans ses expériences sur l'onagre. Oenothera lamarckiana, et dans la première décennie du 20e siècle, le mutationnisme, ou comme de Vries l'a nommé théorie des mutations, [117] [113] est devenu un rival du darwinisme soutenu pendant un certain temps par des généticiens dont William Bateson, [118] Thomas Hunt Morgan et Reginald Punnett. [119] [113]

          La compréhension du mutationnisme est obscurcie par la représentation des premiers mutationnistes du milieu du 20e siècle par les partisans de la synthèse moderne comme des opposants à l'évolution darwinienne et des rivaux de l'école biométrique qui soutenaient que la sélection fonctionnait sur une variation continue. Dans cette représentation, le mutationnisme a été vaincu par une synthèse de la génétique et de la sélection naturelle qui aurait commencé plus tard, vers 1918, avec les travaux du mathématicien Ronald Fisher. [120] [121] [122] [123] Cependant, l'alignement de la génétique mendélienne et de la sélection naturelle a commencé dès 1902 avec un article d'Udny Yule, [124] et s'est construit avec des travaux théoriques et expérimentaux en Europe et en Amérique. Malgré la controverse, les premiers mutationnistes avaient déjà accepté en 1918 la sélection naturelle et expliqué la variation continue comme le résultat de plusieurs gènes agissant sur la même caractéristique, telle que la taille. [121] [122]

          Le mutationnisme, ainsi que d'autres alternatives au darwinisme comme le lamarckisme et l'orthogénèse, ont été rejetés par la plupart des biologistes lorsqu'ils ont compris que la génétique mendélienne et la sélection naturelle pouvaient facilement fonctionner ensemble la mutation a pris sa place en tant que source de la variation génétique essentielle au fonctionnement de la sélection naturelle. au. Cependant, le mutationnisme n'a pas entièrement disparu. En 1940, Richard Goldschmidt a de nouveau plaidé en faveur de la spéciation en une seule étape par macromutation, décrivant les organismes ainsi produits comme des « monstres pleins d'espoir », ce qui lui a valu un ridicule généralisé. [125] [126] En 1987, Masatoshi Nei a soutenu de manière controversée que l'évolution était souvent limitée par les mutations. [127] Les biologistes modernes tels que Douglas J. Futuyma concluent qu'essentiellement toutes les affirmations d'évolution entraînées par de grandes mutations peuvent être expliquées par l'évolution darwinienne. [128]


          Variation & amp Mutation

          Pendant réplication , la constitution génétique (ADN) d'un organisme peut changer ou muter. Les modifications apportées aux gènes sont appelées mutations. Mutation peuvent être spontanés (ils arrivent tout simplement). Ils peuvent également survenir à cause de :

          Si la mutation est grand alors l'organisme ne survivra probablement pas pour se reproduire

          Si la mutation est petit alors le changement pourrait être bénéfique. La progéniture s'épanouira, faisant mieux que les autres dans cette espèce. Beaucoup plus de descendants hériteront de cette mutation bénéfique et seront mieux adaptés à cet environnement

          Ainsi continue sélection naturelle

          Les mutations peuvent n'avoir aucun effet. Par exemple, la protéine produite par un gène muté peut fonctionner aussi bien que la protéine du gène non muté.

          Les mutations peuvent parfois être utiles, mais elles sont souvent nocives. Par exemple, l'hémophilie est une maladie héréditaire qui empêche le sang de coaguler correctement. Elle est causée par un gène muté.

          Les gènes peuvent être activés et désactivés. Dans n'importe quelle cellule, seule une partie de l'ensemble complet des gènes disponibles est utilisée. Différents types de cellules produisent différentes gammes de protéines. Cela affecte les fonctions qu'ils peuvent effectuer. Par exemple, seules les cellules du pancréas activent le gène pour fabriquer l'hormone insuline.

          Des mutations de gènes peuvent altérer la production de certaines protéines, voire empêcher leur fabrication par une cellule.


          Mutation associée au cancer et au-delà : la biologie émergente des isocitrate déshydrogénases dans les maladies humaines

          Les isocitrate déshydrogénases (IDH) sont des enzymes métaboliques critiques qui catalysent la décarboxylation oxydative de l'isocitrate en -cétoglutarate (αKG), NAD(P)H et CO2. Les IDH contrôlent épigénétiquement l'expression des gènes par des effets sur les dioxygénases dépendantes de αKG, maintiennent l'équilibre redox et favorisent l'anaplérose en fournissant aux cellules du NADPH et des substrats précurseurs pour la synthèse macromoléculaire, et régulent la respiration et la production d'énergie par la génération de NADH. Mutations associées au cancer dans IDH1 et IDH2 représentent l'un des mécanismes les plus étudiés de l'effet pathogène de l'IDH. Les enzymes mutantes produisent (R)-2-hydroxyglutarate, qui à son tour inhibe la fonction dioxygénase dépendante de αKG, entraînant un phénotype global d'hyperméthylation, une augmentation de la multipotence des cellules tumorales et une malignité. Des études récentes ont identifié les IDH de type sauvage comme des régulateurs critiques de la physiologie normale des organes et, lorsqu'ils sont induits ou régulés à la baisse par la transcription, comme contribuant respectivement au cancer et à la neurodégénérescence. Nous décrivons comment les enzymes mutantes et de type sauvage contribuent aux niveaux moléculaires à la pathogenèse de la maladie et discutons des efforts visant à cibler pharmacologiquement le recâblage métabolique contrôlé par l'IDH.

          Les figures

          Fig. 1. Localisation subcellulaire et réactions chimiques…

          Fig. 1. Localisation subcellulaire et réactions chimiques catalysées par l'IDH de type sauvage et le mutant IDH dérivé d'une tumeur…

          Fig. 2. Dérégulation de l'activité enzymatique de l'IDH…

          Fig. 2. La dérégulation de l'activité enzymatique de l'IDH est associée à une maladie humaine.

          Fig. 3. Compensation de la perte d'IDH1 de type sauvage…

          Fig. 3. Compensation de la perte de fonction de l'IDH1 de type sauvage dans les tumeurs GBM caractérisées par une…


          Devenir moléculaire et cellulaire

          La génétique est généralement assez abstraite dans la manière dont elle révèle le fonctionnement des choses. Les phénomènes et processus biologiques sont décrits en termes de noms de gènes, mais ne fournissent pas d'explications mécanistes décrivant la nature des molécules et les processus biochimiques impliqués. Pour passer d'explications abstraites à des mécanismes biochimiques, il faut cloner les gènes pertinents. Ceci est possible en cartographiant génétiquement les gènes et en déterminant leur position dans le génome, suivi du séquençage de la région, une méthodologie grandement facilitée par la disponibilité de séquences du génome entier. Une autre approche peut être utilisée lorsque des procédures de transformation d'ADN efficaces sont disponibles. Des bibliothèques de gènes peuvent être construites et transformées en cellules mutantes pour sélectionner des clones qui sauvent la fonction mutante. Il s'agit du clonage par complémentation (Fig. 4), et c'était l'approche utilisée pour cloner des gènes dans les levures (Beach et al. 1982 Nasmyth et Reed 1980). (Encadré 5 - Est-ce un contaminant ?).

          UNE cdc2 Le mutant ts est capable de croître à la température restrictive lorsque les cellules portent le gène CDC2 humain sur un plasmide. Ce gène est capable de complémenter la levure cdc2 ts fonction mutante et les cellules peuvent croître et se diviser pour former des colonies (têtes de flèches blanches). Les cellules qui perdent le plasmide ne sont plus capables de se diviser, mais continuent de croître et de former des cellules allongées (têtes de flèches noires)

          Dans la complémentation des levures à fission, le clonage a été associé au séquençage du génome entier et à la cartographie positionnelle pour générer les séquences de la majorité des gènes du cycle cellulaire (Kohli et al. 1977 Wood et al. 2002) (Encadré 6—Cottage Industry). Avec la disponibilité des séquences de gènes, il est possible de prédire leurs fonctions moléculaires putatives. Les investigations biochimiques de ces fonctions moléculaires sont facilitées par la purification des produits géniques, par exemple, par le marquage des gènes ou la production d'anticorps via l'expression de protéines dans des bactéries et la purification de protéines, ou par synthèse peptidique. Avec la purification du produit génique, vient la capacité d'effectuer des tests biochimiques, fournissant le lien entre la génétique et le mécanisme moléculaire. L'utilisation de gènes marqués ou d'anticorps spécifiques contre des produits géniques permet également de déterminer les emplacements cellulaires et le comportement des produits géniques d'intérêt. De nombreux gènes du cycle cellulaire dans différents organismes ont été marqués, et les emplacements et les niveaux des protéines marquées ont été surveillés au fur et à mesure que les cellules progressent dans le cycle cellulaire. La combinaison des informations moléculaires et cellulaires conduit au développement d'explications mécanistes des processus biologiques, liant les molécules aux phénotypes.

          L'un des avantages de basculer entre les données génétiques, cellulaires et moléculaires est qu'il augmente la robustesse des explications. Chacune de ces sphères d'investigation a des forces et des faiblesses qui peuvent se compléter, générant différents types d'explications à la fois abstraites et mécanistes, renforçant ainsi la compréhension des phénomènes et processus biologiques. Ceci est examiné plus en détail dans la section suivante.

          Encadré 5 Est-ce un contaminant ?

          La capacité de transformer la levure à fission avec de l'ADN exogène était nécessaire pour cloner les gènes du cycle cellulaire par complémentation (Beach et Nurse 1981). Elle a été mise au point en laboratoire environ un an ou deux après que la technique ait montré son efficacité pour la levure bourgeonnante (Beggs 1978). Les premiers essais étaient basés sur la fabrication de protoplastes, qui devaient être étalés après suspension dans un osmoticum contenu dans de la gélose molle. Malheureusement, la mauvaise gélose molle a été utilisée par PN, ce qui a conduit à une solidification partielle dans les tubes avant l'étalement. Ce n'est qu'en secouant la gélose de prise et en l'écrasant dans la plaque avec le couvercle de la plaque que l'expérience pouvait être achevée. Le résultat était un gâchis complet sujet à la contamination, et toute l'expérience aurait dû être jetée. Cependant, les plaques ont été placées dans l'incubateur « juste au cas où ». Étonnamment, des colonies se sont développées dans les morceaux de gélose brisés bien qu'elles n'aient pas pu être examinées au microscope. On supposait qu'il s'agissait de contaminants, mais en fait, il s'agissait de levures de fission transformées, les premières à avoir été fabriquées.

          Encadré 6 Industrie familiale

          La levure de fission n'a jamais été sur la « hot-list » pour la communauté du séquençage génomique, contrairement à la levure bourgeonnante, le ver et la mouche, par exemple, et aucun financement n'a pu être levé pour faire séquencer l'organisme. Heureusement, PN a rencontré Bart Barrell qui avait travaillé avec Fred Sanger, et Bart avait les ressources d'un organisme de financement pour contribuer au séquençage de la levure en herbe. BB avait un peu trop de soutien pour le séquençage de la levure en herbe, alors lui et PN ont concocté l'idée d'utiliser le financement excédentaire pour séquencer la levure de fission. L'agence de financement s'en apercevrait-elle? Malheureusement ils l'ont fait ! Environ la moitié du séquençage du génome a été effectué en 6 mois, mais lorsque nous sommes allés à l'agence de financement pour obtenir le reste de l'argent pour faire de la levure de fission le deuxième eucaryote à être entièrement séquencé, l'agence n'a pas été amusée et n'a pas fourni les ressources supplémentaires. Cela signifiait que nous devions aller dans l'UE et financer une douzaine de laboratoires à travers l'Europe en tant qu'industrie artisanale pour terminer la séquence. Cela a pris plus d'un an de plus, mais la séquence a été achevée et achevée à un niveau élevé, ce qui n'était pas surprenant compte tenu des normes élevées et du pedigree de BB. La levure de fission a fini par être le 4e eucaryote libre à être entièrement séquencé.


          Le code génétique

          Toute notre information génétique est stockée et transmise dans l'arrangement simple de 4 bases azotées basiques &ndash Adénine (A), Guanine (G), Thymine (T) et Cytosine (C). Dans l'ARN, la thymine est remplacée par l'uracile (U). L'adénine et la guanine sont appelées purines, tandis que la thymine, la cytosine et l'uracile sont des pyrimidines.

          L'arrangement de ces 4 bases dans diverses combinaisons donne finalement naissance à des protéines. Les bases azotées sont lues par ensembles de 3, appelés codons. Les codons déterminent l'ordre d'arrangement des acides aminés qui subissent un repliement et davantage de repliement pour créer des protéines.

          (Crédit photo : Wikimedia Commons)

          Il y a un total de 64 codons &ndash 4 3 = 64 (quatre bases lues par ensemble de trois). Parmi ceux-ci, il y a un codon START et 3 codons STOP.

          Considérons la séquence suivante : AUGCCAGCA

          Si la lecture commence à partir de A, les codons ressembleront à ceci : AUG CCA GCA

          Si la lecture part de U, les codons ressembleront à ceci : A UGC CAG CA

          Si la lecture commence à partir de G, les codons ressembleront à ceci : AU GCC AGC A

          Le même arrangement de bases donne naissance à différents acides aminés. Par conséquent, le codon START est un codon universel à partir duquel la lecture commence. De même, le codon STOP fait l'inverse, c'est-à-dire qu'il détermine où la lecture d'une protéine s'arrêtera, et la suivante commencera. Le codon START est AUG et les codons STOP sont UAG, UAA, UGA.


          Mutations délétères

          Comme mentionné précédemment, ces mutations réduisent la forme physique d'un individu. Mais qu'entend-on par fitness ? Il fait référence à la capacité et à la capacité d'un individu à mener des activités normales de la vie, à vivre une existence relativement exempte de maladie et à transmettre son matériel génétique à la génération suivante en se reproduisant. Ceci est applicable à tous les êtres vivants, des plantes aux animaux, des micro-organismes aux oiseaux et des insectes aux humains. L'aptitude de l'individu lui permet d'atteindre la maturité, où sa constitution saine est propice à la reproduction, via laquelle son héritage génétique est transmis à la génération suivante.

          Cependant, en cas de mutation délétère, l'une ou l'ensemble de ces étapes peut être compromise, rendant l'individu inapte. La mutation peut entraîner des problèmes de santé, un échec de la reproduction et même une mort prématurée, selon le gène dans lequel elle se produit. En ce qui concerne l'homme, ces trois effets peuvent être expliqués par les exemples suivants.

          Problème de santé

          Une mutation du gène LMNA qui produit la laminine, une protéine qui soutient le noyau cellulaire, donne lieu à une maladie appelée « progeria ». C'est une maladie qui provoque un vieillissement accéléré, et se caractérise par une peau sclérosée, une calvitie, des anomalies osseuses, un retard de croissance, etc. Presque tous les troubles génétiques sont dus à la présence de mutations délétères.

          Échec de la reproduction

          Une mutation du gène AZF (facteur d'azoospermie) ou du gène SRY (région déterminant le sexe Y) donne lieu à un produit génique non fonctionnel, entraînant l'infertilité chez les hommes, empêchant ainsi cet homme en particulier de transmettre son gènes à la génération suivante.

          Dans le cas d'animaux comme les paons, qui attirent les partenaires par l'affichage de leurs plumes de queue brillantes, toute mutation qui affecte négativement ce phénotype entraînerait l'échec du paon à attirer un partenaire (paonne) et à se reproduire.

          Mort prématurée

          Les mutations qui donnent lieu à des affections telles que le spina bifida, les troubles génétiques métaboliques et le syndrome de Marfan réduisent considérablement la qualité et la durée de vie de l'individu affecté, provoquant la mort prématurée de cette personne. De plus, certaines mutations qui se produisent dans les gènes du développement de l'embryon entraînent la mort prématurée de l'embryon, entraînant des fausses couches ou des mortinaissances.


          Activité de mutation de l'ADN

          Cette activité utilise une simulation du Concord Consortium qui montre comment l'ADN est transcrit en ARN puis transformé en protéine. C'est une animation très claire et peut être utilisée seule dans le cadre d'une conférence sur la synthèse des protéines.

          La simulation permet alors d'éditer l'ADN qui va alors créer une nouvelle protéine. La feuille de travail demande aux élèves de revoir les termes et d'étiqueter une image montrant l'ARNt, l'ARNm, les codons, les acides aminés et les ribosomes.

          Les élèves modifient ensuite l'ADN d'une manière spécifique afin qu'ils puissent observer les effets d'un point de mutation, une décalage de cadre mutation, et une mutation silencieuse. Dans la mutation ponctuelle, une seule base est modifiée, ce qui entraîne une différence d'acide aminé. Les élèves n'ont pas besoin d'un tableau de codons pour réaliser cette activité.

          Vous pouvez également faire cette activité avec la classe si vous avez un projecteur, cela permettrait également plus de discussion sur les raisons pour lesquelles certaines mutations ponctuelles modifient la protéine de sortie et pourquoi certaines sont silencieuses.

          Temps requis : 15-20 minutes

          HS-LS1-1 Construire une explication basée sur des preuves de la façon dont la structure de l'ADN détermine la structure des protéines qui remplissent les fonctions essentielles de la vie à travers des systèmes de cellules spécialisées

          HS-LS3-1 Posez des questions pour clarifier les relations sur le rôle de l'ADN et des chromosomes dans le codage des instructions pour les traits caractéristiques transmis des parents à la progéniture.


          Mutations et Mutants* - Biologie

          Au cours d'une vie, notre ADN peut subir des changements ou mutation dans la séquence des bases : A, C, G et T. Cela entraîne des changements dans les protéines qui sont fabriquées. Cela peut être une mauvaise ou une bonne chose.

          Une mutation est un changement qui se produit dans notre séquence d'ADN, soit en raison d'erreurs lors de la copie de l'ADN, soit en raison de facteurs environnementaux tels que la lumière UV et la fumée de cigarette. Des mutations peuvent se produire lors de la réplication de l'ADN si des erreurs sont commises et ne sont pas corrigées à temps. Des mutations peuvent également survenir à la suite d'une exposition à des facteurs environnementaux tels que le tabagisme, la lumière du soleil et les radiations. Souvent, les cellules peuvent reconnaître tout dommage susceptible de provoquer une mutation et le réparer avant qu'il ne devienne une mutation fixe.

          Les mutations contribuent à la variation génétique au sein des espèces. Les mutations peuvent également être héritées, en particulier si elles ont un effet positif. Par exemple, l'anémie falciforme est causée par une mutation dans le gène qui commande la construction d'une protéine appelée hémoglobine. Cela fait que les globules rouges prennent une forme de faucille anormale, rigide. Cependant, dans les populations africaines, avoir cette mutation protège également contre le paludisme.

          Cependant, la mutation peut également perturber l'activité normale des gènes et provoquer des maladies, comme le cancer. Le cancer est la maladie génétique humaine la plus courante. Il est causé par des mutations survenant dans un certain nombre de gènes contrôlant la croissance. Parfois, des gènes cancérigènes défectueux peuvent exister dès la naissance, ce qui augmente le risque d'avoir un cancer.

          Une illustration pour montrer un exemple de mutation de l'ADN. Crédit d'image : Genome Research Limited


          Voir la vidéo: 10eme cour de génétique les mutation dADN (Décembre 2022).