THEME 1 – La terre, la vie et l’organisation du vivant / A : Transmission, variation et expression du patrimoine génétique

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CHAPITRE 3 : Mutation de l’ADN et variabilité génétique

Prérequis

NA EC A

Il existe un lien entre génotype et phénotype

Les mécanismes de réplication de l’ADN (chapitre 2)

Cellules somatiques et cellules de la lignée germinale (gonades)

Savoirs faire attendus

NA EC A

Concevoir et réaliser un protocole pour étudier l'action d'un agent mutagène (par exemple les UV) sur la survie des cellules et sur l'apparition de mutants. (TP4)

Recenser et exploiter des informations permettant de montrer l'influence d'agents mutagènes physiques (rayonnements) ou chimiques (molécules)

Exploiter des informations permettant de caractériser des mutations

Recenser et exploiter des informations sur la diversité allélique au sein de la population humaine

Quel est le moteur de la diversité ?

https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/les-variations-genetiques-123.html

Le génome est en permanence affecté par diverses modifications sous l’effet d’erreurs

aléatoires dues à des mécanismes internes ou à l’influence de facteurs externes. Ces anomalies sont

en général corrigées assurant ainsi la stabilité du génome mais parfois, leur non-correction est à

l’origine de mutations participant à la variabilité du génome.

Problématique générale : quelles sont l’origine et les conséquences des mutations ?

I/ Mutation et diversité des allèles

Question : Comment relier la variabilité des caractères et celle de l’ADN ? Comment caractériser

la diversité des populations humaines ?

Activité à l’oral en groupe : sensibilité au PhénylThioCarbamide (PTC) (voir aussi livre page

64-65)

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Dans chaque population, il existe une grande variété de phénotypes. Ces différences entre

individus peuvent résulter

- de l’influence de l’environnement dans lequel chacun vit

- de modifications dans l’information génétique qui détermine les caractères de l’organisme. On

parle dans ce cas de mutations.

Les mutations sont à l’origine de diverses versions d’un même gène que l’on appelle des allèles.

La population humaine présente une grande diversité allélique : pour chaque gène il y a plusieurs

allèles dont les fréquences varient selon la répartition mondiale des populations.

II/ Origine des mutations

Il existe plusieurs mécanismes à l’origine des mutations ponctuelles de la séquence d’ADN.

A) Mutations spontanées lors de la réplication de l’ADN

Activité 1 page 66 : Comment expliquer la présence de copies différentes ? Quel est le taux

d’erreur de l’ADN polymérase ?

1) Document a : identifier des mutations en comparant les séquences. Identifier la copie qui

correspond à la situation illustrée ans le document b (utiliser fiche méthode 3 page 76)

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2) L’expérience présentée permet de calculer le taux d’erreur par substitution de la sous-unité α

de l’ADN polymérase III in vitro. Cette sous-unité de l’enzyme n’a pas la propriété de correction

d’erreur. Pour calculer le taux d’erreur, il faut rapporter le nombre d’erreurs à la longueur totale

cumulée d’ADN copié. Calculer le taux d’erreur de l’ADN polymérase III d’E. coli.

Les erreurs de synthèse lors de la réplication de l’ADN. Les ADN polymérases peuvent générer

des erreurs lors de la synthèse du nouveau brin : il peut y avoir oubli d’un nucléotide, ajout d’un

nucléotide, ou non-respect des règles de complémentarité. Les mutations qui en résultent sont

appelées mutations spontanées.

Livre Nathan SVT 1ère spécialité 2019

B) Mutagenèse expérimentale chez la levure

TP 4 : Mutagenèse expérimentale chez la levure Saccharomyces cerevisiae.

Des modifications chimiques des bases sous l’action d’agents mutagènes (réactifs chimiques

produits par le métabolisme de la cellule ou présents dans l’environnement, radiations radioactives ou

rayonnement ultraviolet), pouvant aller jusqu’à la cassure de la molécule d’ADN: on les appelle des

mutations induites.

Copie N°3 : guanine en thymine en position 33

Taux d’erreur calculé = (3+2+2+1+1+1)/((32 702+3+2+2+1+1+1) x 220) = 10/7 196 640 =

1.39.10-6 erreur / paire de base

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Livre Nathan SVT 1ère spécialité 2019

Les outils de la biologie moléculaire permettent de modifier la séquence de l’ADN, créant ainsi

des mutations induites artificiellement :

- la modification génétique d’une population de cellules au sein d’un organisme est à la

base de la thérapie génique. Elle vise à soigner des maladies dues à la mutation naturelle

d’un gène ;

https://www.reseau-canope.fr/tdc/tous-les-numeros/la-genetique/videos/article/la-therapie-

genique.html

- lorsqu’une mutation est introduite dans une cellule-oeuf, toutes les cellules de l’embryon en

sont porteuses et cela aboutit à la production d’un organisme génétiquement modifié (OGM).

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III/ Mutations et réparations

Activité 3 page 68 et 69 : identifier les mécanismes de réparation de l’ADN

consigne : par groupe de 5, trouvez dans les documents des arguments montrant que le gène

BLM intervient dans la réparation de l’ADN.

Pistes :

- documents a et b, indiquer la conséquence du dysfonctionnement du gène BLM.

- document c, montrer que la protéine BLM intervient dans la réparation de l’ADN.

- document d, justifier le fait que les cellules sont capables de réparer les cassures de l’ADN.

Le taux d’erreur global lors de la réplication de l’ADN et de la division cellulaire est de l’ordre de

10-9 (1 nucléotide erroné pour 109 copiés). On estime par ailleurs que l’ADN d’une cellule subit

jusqu’à 106 dommages moléculaires par jour. Or, le taux final de mutation est bien inférieur.

Il existe donc, dans les cellules, des mécanismes de réparation de l’ADN. Ces mécanismes

reposent sur des enzymes capables de se fixer à l’ADN endommagé et de catalyser les réactions de

réparation.

Ces enzymes exercent leur action au cours de la réplication ou après celle-ci. Très

schématiquement, l'erreur est d'abord repérée et signalée par une enzyme qui parcourt l'ADN, puis

une autre enzyme coupe un court fragment du brin d'ADN comportant l'erreur. L'ADN polymérase

remplace alors les nucléotides manquants par complémentarité avec le second brin.

Schéma : Les étapes de la correction des erreurs d'appariement

Les documents a et b permettent donc d’identifier l’existence d’un mécanisme d’origine

génétique (gène BLM) et permettant de réduire l’impact des atteintes de l’ADN (protéine

BLM)

L’irradiation à une dose non létale provoque des cassures de l’ADN, qui sont réparées très

rapidement chez les cellules saines : environ 80 % en 2 heures et complètement en 24

heures. Par contre chez le mutant seul la moitié des cassures est réparée sur la même

durée

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IV/ Transmission des mutations

Activité 4 pages 70 et 71 : décrire la fréquence et le devenir des mutations au cours de la vie

(travail maison)

En rédigeant un texte d’une vingtaine de lignes, en vous aidant des documents a, b et c, vous

répondrez aux questions suivantes :

- Comment une mutation peut-elle devenir héréditaire ?

- Nos cellules portent-elles beaucoup de mutations ?

Si les modifications de l’ADN ne sont pas réparées, elles deviennent des mutations qui se

transmettent lors des divisions cellulaires. Selon le moment dans la vie, le type de mutation et le type

de cellule touchée, les conséquences de la mutation sont différentes : on distingue les mutations

germinales et les mutations somatiques.

- Les mutations germinales se produisent dans les cellules qui sont à l’origine des gamètes

(ovocytes et spermatozoïdes). Elles créent donc de nouveaux allèles qui peuvent être transmis

à la descendance. Elles sont à l’origine des maladies génétiques héréditaires, mais aussi source

de variation des caractères, participant ainsi à l’évolution des êtres vivants.

- Les mutations somatiques se produisent dans la lignée somatique, qui n’intervient pas dans

la production des gamètes. Elles ne sont pas héréditaires. On peut en distinguer deux types :

o si la mutation se produit précocement lors du développement embryonnaire, toutes les

cellules descendantes de la cellule mutée en sont porteuses.

o si la mutation intervient plus tardivement, elle peut altérer le contrôle du cycle cellulaire :

la cellule mutée prolifère sans contrôle et forme une tumeur.

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Livre BELIN SVT 1ère spécialité 2019

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A connaître !

Agent mutagène : agent physique ou chimique qui augmente la fréquence de mutation

Allèle : variante de la séquence d’un gène présente dans une population

Mutation : modification de la séquence nucléotidique de l’ADN. Une mutation peut être somatique

(dans une cellule qui ne devient pas un gamète) ou germinale (cellule destinée à devenir un gamète).

Mutation spontannée : modification de la séquence ADN par erreur de copie lors de la réplication

Mutation induite : modification de la séquence ADN sous l’action d’agents mutagènes ou par les

techniques de génie génétique.

Système de réparation : ensemble d’enzymes (constituant cellulaire capable de cataliser une réaction

chimique) qui permet d’éliminer de l’ADN les bases altérées ou mal appariées.

Quelques vidéos / animations / documents intéressants :

Transmission des mutations de génération en génération : https://svt-erlich.fr/1ere-enseignement-de-

specialite/theme-1-la-terre-la-vie-et-lorganisation-du-vivant/