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La conservation des génomes : stabilité génétique et évolution clonale

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Du génotype au phénotype : évolution clonale

  • Le cycle cellulaire d’une cellule est divisé en deux grandes étapes : l'interphase et la mitose.
  • Au cours de la mitose la cellule mère se divise (cytodiérèse) en deux cellules filles qui sont ses clones.
  • Les cellules engagées dans ce processus se clonent selon un mode de multiplication asexuée appelé « reproduction clonale ».
  • En biologie évolutionniste, la théorie de l’évolution clonale situe au niveau cellulaire la capacité d’adaptation d’un être vivant. Elle suit deux raisonnements :
  • la division cellulaire est source de mutations aléatoires qui peuvent conduire à des cellules clones différentes de la cellule mère ;
  • des processus adaptatifs sont à l’origine de sélections clonales.
  • C’est pourquoi, lorsqu’une mutation donne un avantage aux individus porteurs elle sera sélectionnée dans la population.
  • La compréhension des mécanismes d’expansion clonale permet une application dans les domaines agronomique et biotechnologique.
  • En biotechnologie
  • Dans la réponse immunitaire, la reconnaissance de l’agent infectieux par un clone lymphocytaire engage ce dernier à se diviser par mitoses successives, on parle alors d’expansion clonale.
  • L’importance de cette expansion, permet au clone concerné d’être présent en grande quantité, tout en conservant la reconnaissance spécifique de l’agent infectieux.
  • Par exemple, un lymphocyte qui reconnaît l’antigène d’un virus grippal va se cloner. Au bout de 2020 divisions, la quantité de lymphocytes disponibles est de l’ordre de 2202^{20} soit 1 048 5761\ 048\ 576 clones lymphocytaires.
  • Ces lymphocytes seront alors mobilisés pour initier les processus de neutralisation et de destruction de l’agent infectieux.
  • En laboratoire, il est possible de fusionner une cellule cancéreuse avec un lymphocyte B.
  • Cette fusion aboutit à l’échange de matériel génétique et la formation d’un hybridome qui conserve les deux propriétés des cellules mères :
  • la production d’anticorps ;
  • et la multiplication clonale dans un milieu de culture approprié.
  • Cette technique permet la fabrication d’anticorps monoclonaux d’une spécificité prédéterminée.
  • Il en résulte une réponse adaptative de l’organisme à l’origine de la formation de LB producteurs d’anticorps anti-neuraminidase.
  • En agronomie
  • Il existe plusieurs techniques agricoles permettant l’obtention de clones : le marcottage, le bouturage, et le greffage.
  • La sélection clonale repose sur une procédure longue et rigoureuse et une succession de travaux d’hybridation entre variétés aux caractéristiques agronomiques avantageuses.

Les événements génétiques au sein des clones : mutations somatiques et germinales

  • On distingue deux principales mutations qui dépendent des cellules atteintes :
  • Les mutations somatiques (cellules non-sexuelles) peuvent conduire à un clone cellulaire porteur de cette mutation ne touchant qu’un seul ou quelques tissus. Ces mutations ne sont pas transmises à la descendance.
  • Les mutations constitutionnelles surviennent lors des premières divisions du zygote et sont donc présentes dans toutes les cellules somatiques de l’individu ainsi que dans ses cellules germinales.
  • Certaines mutations peuvent survenir lors de la méiose directement dans les cellules germinales non-fécondées, au niveau d’un gamète parental : on parle de mutations germinales.
  • Le cellule mutée par mutation germinale, après de multiples divisions, constituera un clone cellulaire : c’est-à-dire une population cellulaire qui portera cette mutation, susceptible d’être transmise lors de la fécondation.
  • Les mutations germinales sont héréditaires.
  • La théorie de l’évolution clonale dans le cadre du cancer explique l’émergence d’une tumeur cancéreuse maligne comme la conséquence de l’altération de l’ADN d’une cellule isolée qui acquiert par mutations au fil des générations un avantage compétitif par rapport aux cellules voisines. *Des mutations somatiques peuvent survenir lors de la sélection clonale avec des conséquences plus ou moins graves pour l’organisme.
  • Si une cellule mutée échappe à l’apoptose, elle sera à l’origine d’un clone cellulaire qui colonisera son milieu par divisions successives : la population cellulaire résultante portera la même mutation.
  • Le clone cellulaire muté s’installera alors dans le tissu sain et constituera une zone anormale qui pourra évoluer dans certains cas en tumeur bénigne ou maligne.

Évolution moléculaire

  • Au cours de leur histoire, les générations successives d’une population subissent des modifications de leur génome : on parle alors d’évolution moléculaire.
  • Les mutations sont le moteur de cette évolution : elles expliquent la diversité génétique au sein d’une même population.
  • Pour le phénotype de l’individu muté, elles peuvent :
  • ne pas avoir de conséquences sur l’organisme (mutations silencieuses) ;
  • être délétères ;
  • ou avantageuses.
  • Il est nécessaire d’étudier le taux auquel ces mutations se produisent au sein d’un organisme.
  • Le taux de mutations est variable d’une espèce à l’autre, mais il peut aussi être différent au sein d’une même espèce, notamment en fonction de prédispositions génétiques et de facteurs environnementaux.
  • Sur la base d’études in vivo et in vitro, les scientifiques estiment le taux de mutation de l’espèce humaine à 11061\cdot{10}^{-6} par gène et par génération.
  • Soit un taux de mutation par cellule-œuf : 120×2\dfrac{1}{20}\times2 donc une probabilité de 110\dfrac{1}{10} pour qu'un zygote renferme une nouvelle mutation (la plupart étant récessives).
  • Dans l’espèce humaine, la taille du génome (grand) est un facteur favorisant un taux de mutation très faible.