L'impact des mutations sur le phénotype - Maxicours

L'impact des mutations sur le phénotype

Objectifs
  • Définir la notion de mutation.
  • Définir les trois niveaux du phénotype.
  • Comprendre le lien entre les trois niveaux du phénotype.
  • Comprendre le lien entre génotype et phénotype.
  • Comprendre l’impact d’une mutation sur la variabilité du phénotype au sein d’une espèce.
  • Comprendre l’origine d’une maladie monogénique.
Points clés
  • Au sein d’une espèce, on constate une grande variabilité des phénotypes. Ces derniers s’expriment à partir des génotypes qui sont propres à chaque individu.
  • Chaque individu est caractérisé par une combinaison d’allèles qui lui est propre.
  • Les allèles ont pour origine des mutations qui sont survenues de façon aléatoire et qui ont pu être transmises à la descendance.
  • Les mutations qui modifient la séquence nucléotidique des gènes peuvent avoir pour conséquence la modification de la séquence protéique.
  • Dans la majorité des cas, les mutations à l’origine de la variabilité des phénotypes n’ont pas d’impact sur la survie des individus. Dans certains cas, elles peuvent perturber une fonction biologique essentielle et être à l’origine d’une maladie monogénique.
Pour bien comprendre
  • Une mutation est une modification de la séquence nucléotidique de l’ADN qui peut affecter un gène. Elle survient par hasard au cours de la réplication de l’ADN mais sa fréquence d’apparition peut être augmentée sous l’effet d’agents mutagènes.
  • Le phénotype regroupe l’ensemble des caractères propres à un individu. Il s’exprime à partir du génotype (ensemble des allèles portés par les chromosomes d’un individu).
1. Les différents niveaux d'expression du phénotype

Le phénotype correspond à l’ensemble des caractères propres d’un individu, il s’exprime à trois niveaux :

  • à l’échelle de l’organisme. Dans ce cas, le phénotype est défini par des critères morphologiques comme la couleur des yeux, des poils, la forme des oreilles, etc.
  • à l’échelle de la cellule.
  • à l’échelle de la molécule. Dans ce dernier cas, la molécule considérée est le plus souvent une protéine exprimée à partir d’un gène.

Ainsi, le phénotype d’un individu dépend de son génotype (combinaison des allèles qui lui est propre).

Exemple : la couleur de la peau humaine.
Échelle du phénotype Phénotype
Organisme Au sein de l’espèce humaine, les individus présentent une grande diversité de couleur de peau.
Cellule Ces nuances de couleurs de peau s’expliquent par la présence de cellules spécialisées, les mélanocytes qui produisent de la mélanine stockée dans les mélanosomes.
Molécule La production de mélanine dépend d’une chaîne réactionnelle faisant intervenir différentes enzymes dont la tyrosinase.
2. Variabilité du génotype et phénotype

Pour chaque gène présent dans le génome d’une espèce, il peut exister un ou plusieurs variants appelés allèles. Ces variants se distinguent par des différences entre leurs séquences nucléotidiques. Ces différences sont appelées mutations. Elles sont de trois types :

  • Échange d’un ou plusieurs nucléotides ou SUBSTITUTION.
  • Ajout d’un ou plusieurs nucléotides ou ADDITION.
  • Perte d’un ou plusieurs nucléotides ou DÉLÉTION.

Ces mutations peuvent avoir un impact sur le phénotype moléculaire en modifiant la séquence de la protéine exprimée à partir du gène. On parle alors de mutation faux-sens. Dans le cas contraire, on parle de mutation silencieuse.

La traduction d’une séquence nucléotidique en séquence protéique utilise le code génétique qui est universel.


Code génétique

Pour chaque acide aminé correspond un ou plusieurs triplets (ou codons) de nucléotides. Aussi, les mutations n’affecteront la séquence protéique que lorsque la mutation concerne le premier ou le second nucléotide du triplet. Lorsque la mutation du codon touche le troisième nucléotide, la mutation est le plus souvent silencieuse.

La modification de la séquence de la protéine peut avoir un effet sur sa fonctionnalité et/ou sa structure. Elle peut donc modifier le phénotype cellulaire, engendrant ainsi des modifications du phénotype à l’échelle de l’organisme. La plupart de ces mutations n’ont pas d’impact sur la survie des individus et sont à l’origine de la variabilité intraspécifique. Elles permettent d’expliquer la variabilité des caractères des individus au sein d’une même espèce.

Si elles ont lieu dans les cellules germinales, elles sont alors transmissibles à la descendance. Elles sont donc héréditaires.

Exemple : les groupes sanguins.
Au sein de l’espèce humaine, tous les individus n’ont pas le même groupe sanguin. Ce caractère va être déterminant en cas de transfusion sanguine. Le groupe sanguin se traduit à l’échelle cellulaire par l’expression ou pas de molécules à la surface des hématies. Les individus de groupe A posséderont des molécules de type A, les individus de groupe B, des molécules de groupe B, les individus de groupe AB, les deux types de molécules tandis que les individus de groupe O ne présenteront aucune molécule.
Ces différences de groupes sanguins s’expliquent par l’existence de trois allèles A, B et O de séquences nucléotidiques différentes. L’allèle O présente une importante délétion qui empêche la production de protéine.
3. Des mutations à l'origine d'anomalies du phénotype

Dans certains cas, les mutations peuvent perturber le fonctionnement d’une protéine ou empêcher son expression correcte dans la cellule. Dans ce cas, l’individu peut souffrir d’une anomalie qui peut modifier le bon fonctionnement de ces cellules et être responsables de symptômes graves. On parle alors de maladie monogénique car elles ne concernent que l’altération d’un seul gène.

  • Si l’allèle porteur de la mutation ne s’exprime que lorsqu’il est en deux copies dans le génome, on parle de maladie monogénique récessive.
  • Si un seul exemplaire est suffisant pour que l’anomalie s’exprime on parle de maladie monogénique dominante (plus rare).
Exemple : la drépanocytose.
La drépanocytose est une maladie caractérisée par une forte anémie et des douleurs articulaires importantes. Chez les patients, on observe une forme anormale des hématies en faucille. Ces dernières ont du mal à circuler notamment dans les réseaux des capillaires ce qui réduit l’oxygénation des organes. L’origine génétique de cette anomalie est une mutation du gène codant pour l’une des sous-unités de l’hémoglobine qui en modifie la forme. Elle ne peut donc plus assurer correctement son rôle dans le transport du dioxygène et précipite dans le cytoplasme des cellules, rendant les hématies plus rigides.

Hématies d'un individu atteint de drépanocytose

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