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Génétique et biodiversité

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Génétique et biodiversité : une problématique au niveau de l'espèce

mitoseanimation Pollen de tournesol.La problématique "Génétique et biodiversité" se situe au niveau de l'espèce, c'est-à-dire de l'ensemble des animaux qui peuvent échanger des gènes entre eux et qui de ce fait se partagent un patrimoine génétique commun. En effet, la génétique est l'étude de la transmission héréditaire des caractères. Elle concerne donc exclusivement les lignées cellulaires du germen (cellules susceptibles de former les gamètes) et non les lignées somatiques (cellules à l'origine de toutes les autres cellules). Les mutations somatiques ne relèvent donc pas de la génétique car elles ne peuvent être transmises d'un individu à un autre que par clonage ou reproduction végétative. Or la nature, malgré les avantages de cette reproduction d'un individu au moindre coût et à l'identique, a très tôt limité ce type de reproduction au profit de la reproduction sexuée qui a existé dès les organismes unicellulaires.© CNRS Photothèque/COT Didier

meioseanimationOvocytes (cellule sexuelle femelle) de patelle (mollusque marin) se préparant à la méiose, processus de division cellulaire qui permet le brassage génétique.Au niveau de la cellule, le premier mode de reproduction fait intervenir une mitose. C'est la mitose qui permet la reproduction à l'identique, la régénération de tissus ou d'organes endommagés, la croissance des individus. Elle n'exclut pas une expression différentielle des lignées cellulaires au cours du développement, ce qui permet à un individu de disposer de différents organes et de développer, sous l'action d'agents tératogènes, des formes inhabituelles. Mais tout ce qui se passe à ce niveau relève de la physiologie du développement, pas de la génétique.
Spermatozoïdes dans la vésicule séminale (organe de stockage) du mâle de la drosophile.La génétique se limite à l'étude des variations des cellules germinales (le germen) et donc des lignées cellulaires séminales qui produisent les gamètes (le germen est constitué au moment de la fécondation par la fusion de deux gamètes, l'un mâle, l'autre femelle, produits par le mécanisme des deux divisions cellulaires qui constituent la méiose).© CNRS Photothèque/PLAILLY Philippe© CNRS Photothèque/BRESSAC C.

Pourquoi un mécanisme aussi complexe que la reproduction sexuée s'est-il aussi universellement imposé ?

Les chromosomes des cellules en métaphase (deuxième phase de la division cellulaire par mitose) sont facilement observables en raison de la compaction de leur ADN. (grossissement : x 100)Embryon de souris, 6 jours et demi après la fécondation. Largeur : environ 0,18 mm.Ce mécanisme complexe s'est très vraisemblablement imposé dans le règne végétal et dans le règne animal en raison des avantages qu'il représente en terme de variabilité. En effet, alors que la reproduction végétative ou clonage reproduit un individu génétiquement identique, le mécanisme de la reproduction sexuée (deux méioses fournissant les gamètes mâles et femelles qui fusionnent à la suite d'une fécondation) permet de rebattre les cartes du patrimoine génétique et à chaque individu de résulter d'une combinaison nouvelle et le plus souvent unique de gènes. Ce mécanisme permet aussi de maintenir des possibilités virtuelles, c'est-à-dire non réalisées, de combinaisons génétiques. De ce fait, une population végétale ou animale peut conserver une variabilité génétique très supérieure à celle qu'elle pourrait présenter en raison de l'effectif limité de ses individus. Au cours des générations qui se succèdent et selon les nécessités d'adaptation aux conditions du milieu, cette variabilité peut passer du "virtuel" au "réalisé". C'est là que réside le grand avantage évolutif de ce mode de reproduction.© CNRS Photothèque/PILLAIRE Marie-Jeanne© CNRS Photothèque/Institut Jacques Monod/GURCHENKOV Vasily

"Génétique et biodiversité" se limite donc à la question de la variabilité génétique, c'est-à-dire de la variabilité du germen.
Séparation de différents fragments d'ADN obtenus par hydrolyse enzymatique d'un plasmide.Assemblage de séquences de nucléotides. Chaque trait (rouge et vert) correspond à une séquence.On a souvent tendance à réduire la variabilité génétique à la variabilité des gènes portés par les chromosomes du germen, car c'est elle qui historiquement a permis de comprendre la nature particulaire de l'hérédité et à Gregor Mendel d'énoncer ses lois. Mais actuellement les avancées de la génétique moléculaire laissent penser que l'ADN code pour beaucoup moins de gènes (au sens habituel, c'est-à-dire un gène codant pour une protéine) qu'on le pensait.
Pour les mammifères, on évaluait entre 100 000 et 300 000 le nombre de gènes d'un individu. Cette estimation est revue à la baisse de façon drastique car on s'aperçoit que seulement 2% de l'ADN code pour des gènes dont le nombre est maintenant estimé de l'ordre de 20 000.
Toutefois, on pense que la clé de fonctionnement de ce génome réside dans les 98% de l'ADN restant (qui ne code pas pour des protéines) que l'on qualifie d'ADN "dépotoir". Ce terme est sans doute un peu trop péjoratif pour un matériel qui contiendrait les éléments permettant de réguler la production des 20 000 gènes "classiques".
Il faut remarquer aussi que si il y a au minimum deux variants par gène, 220000 représente un nombre gigantesque de combinaisons qui dépasse de beaucoup les capacités démographiques de toute population. On mesure là le potentiel de réserve de variabilité offert par la reproduction sexuée.© CNRS Photothèque/JANNIN François© CNRS Photothèque/RAGUET Hubert

Rédaction :

Bertrand Langlois, directeur de recherches à l'INRA, Centre de recherches de Jouy-en-Josas, Station de génétique quantitative et appliquée.


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