Dérive génétique

La dérive génétique est l'évolution d'une espèce causée par le hasard. C'est la modification de la fréquence d'un allèle, ou d'un génotype, au sein d'une population, indépendamment des mutations, de la sélection naturelle et des migrations.



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Génétique - Biologie de l'évolution

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Définitions :

  • Modification aléatoire des fréquences alléliques reposant sur l'échantillonage au hasard des gamètes. (source : pagesperso-orange)
  • évolution de la fréquence allélique du gène étudié au sein d'une population. Les nouveaux allèles apparaissent au hasard en fonction... (source : premiumorange)
Les mécanismes de
l'évolution biologique

Mécanismes non aléatoires :

Mécanismes aléatoires :

Dynamiques évolutionnaires :

La dérive génétique est l'évolution d'une espèce causée par le hasard. C'est la modification de la fréquence d'un allèle, ou d'un génotype, au sein d'une population, indépendamment des mutations, de la sélection naturelle et des migrations. La dérive génétique est causée par des phénomènes aléatoires et imprévisibles, comme, par exemple, le hasard des rencontres lors de la formation des couples dans le cas d'une reproduction sexuée.

Les effets de la dérive génétique sont d'autant plus importants que la population est petite, car les écarts observés comparé aux fréquences alléliques y seront d'autant plus perceptibles. Elle concerne en particulier les allèles neutres c'est-à-dire qui ne confèrent ni avantage ni désavantage sélectif, puisque on peut espérer pouvoir ne pas y imputer les écarts observés. La dérive génétique est un des mécanismes majeurs de l'évolution.

Principe

Concrètement, dans le cadre d'une reproduction sexuée, un individu qui ne se reproduit qu'une seule fois, ne va transmettre à son descendant que la moitié de ses allèles. C'est au cours du brassage génétique aléatoire, lors de la méiose que vont être transmis certains allèles et pas d'autres. Pour qu'un individu puisse transmettre à coup sûr la totalité de ses allèles, il faudrait que le nombre de descendants tendent vers l'infini. En conséquence, dans toute population, il est statistiquement inévitable que certains allèles (une variante spécifique d'un gène) ne soient transmis par aucun adulte à leurs descendance. De plus, certains individus n'ont pas de descendance du tout. Le nombre des allèles (la variabilité génétique) se réduit par conséquent. Parmi les allèles «survivants», certains vont voir leur fréquence originelle diminuer ou au contraire augmenter. C'est pour cette raison que le principe de Hardy-Weinberg, repose, entre autres, sur l'hypothèse d'une taille illimitée de population. Dans une population de taille illimitée, les fréquences génotypiques observées seront identiques à leur espérance, puisque l'écart potentiel des tirages à aux fréquences alléliques (variance), est d'autant plus grand que la population est petite.

Du point de vue d'un gène, la dérive génétique conduit à l'augmentation ou la diminution de la fréquence dans la population, de l'une de ses versions (= allèle), deux exemples concrets, en sont un effet de fondation et une diminution de la diversité génétique.

Effet fondateur

Illustration de l'effet fondateur : les populations pionnières ne sont pas le reflet exact de la population de départ.

La population de la région québécoise du Saguenay-Lac-Saint-Jean a une particularité : elle présente certaines maladies génétiques avec des fréquences bien plus élevées qu'ailleurs. Ces maladies sont , par exemple, l'ataxie spastique ou le Syndrome d'Andermann. Cela ne s'explique que par un effet fondateur :

Au XVIIe siècle quelques milliers d'individus colonisent la région, qui actuellement compte 300 000 habitants. Il faut comprendre que suite à ce début de colonisation, peu de colons sont venus s'ajouter au groupe fondateur qui s'est alors reproduit durant un certain nombre d'années sans apport extérieur (encore actuellement, peu de gens viennent s'installer dans cette région par manque d'emploi et elle subit par conséquent un exode partiel de sa population plus jeune). L'étude des généalogies ont prouvé que chacune des maladies n'a été introduite que par un seul pionnier[1]. C'est le hasard qui a fait qu'un pionnier porteur de l'allèle malade se trouvât dans la population fondatrice.

Quand un nombre réduit d'individus se sépare d'une population plus vaste, pour aller coloniser une île ou un nouveau milieu, ces individus ne vont "emporter" qu'un échantillon d'allèles du pool d'allèles de la population mère, et ce, de manière qu'on suppose aléatoire. La nouvelle population peut par conséquent présenter des fréquences génotypiques fort différentes de la population d'origine. Cet écart peut changer radicalement le profil (allélique, génotypique et phénotypique) de la population fondatrice, comparé à la population d'origine.

Effet fondateur et spéciation

L'effet fondateur, peut s'il conduit à un isolement reproducteur, c'est-à-dire la cessation d'échange de versions géniques entre la totalité des individus de l'espèce, aboutir à une spéciation. L'effet fondateur est par conséquent un puissant moteur de la spéciation allopatrique.

Dérive génétique et érosion de la biodiversité

20 simulations par ordinateur de l'évolution de la fréquence d'un allèle, fixée au départ à 0, 5.
On voit que l'effet de la dérive génétique est plus important dans la petite population.

Dans les simulations numériques ci-contre, avec une population de 10 individus, sur les 20 essais,

Dans la majorité des cas (18 sur 20 cas), la dérive génétique aboutit par conséquent à une baisse de la diversité génétique ce qui n'est pas favorable à l'adaptation des espèces à un changement du milieu.

Dans une population plus grande (100 individus), un allèle ne se fixe que dans 2 cas sur 20 uniquement. La simulation peut être reproduite grâce à ce site. On peut en conclure que, plus une population est petite, et plus les effets de la dérive génétique sont importants, et plus la diversité génétique dans la population sera menacée.

La dérive génétique et la perte de diversité génétique sont des phénomènes naturels, mais ils peuvent être augmentés par des pratiques artificielles, aboutissant à la réduction des effectifs, par la prédation (chasse) ou une fragmentation du paysage (déforestation, utilisation agricole) ; ou encore la dépression de consanguinité, surtout par effet Allee qui ont pour conséquence de diminuer l'effectif de certaines espèces : orang-outang[2], tigre, la Centaurea corymbosa[3]...

En effet l'arrivée d'un nouveau parasite par exemple peut être "supportée" par une population si elle est assez vaste, car il y aura une sélection naturelle des génotypes résistants. Si la population est trop petite, la probabilité qu'il existe un allèle adapté au nouveau facteur de l'environnement est faible. Le risque d'extinction de l'espèce sera important. C'est pourquoi il est indispensable de maintenir les espèces à l'état sauvage, avec des effectifs significatifs, afin d'empêcher les effets délétères de la dérive génétique.

Références

  1. Sciences et Vie, Hors-série, mars 2005 n°230
  2. Genetic Evidence that Humans Have Pushed Orang-utans to the Brink of Extinction, Gross LPLoS Biology Vol. 4, No. 2, e57
  3. Centaurea corymbosa, a cliff-dwelling species tottering on the brink of extinction : A demographic and genetic study, Coals et al. , PNAS, 1997, Vol. 94, pp. 3471-3476

Voir aussi

Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 17/09/2009.
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