L'histoire humaine lue dans son génome

a) En comparant colonne par colonne, trois positions varient :
• position 3 : G sur les chromosomes 1, 2, 3, 5 (4 fois) et C sur le chromosome 4 (1 fois) ;
• position 8 : A sur 1, 3, 5 (3 fois) et G sur 2, 4 (2 fois) ;
• position 18 : T sur 1, 2, 4 (3 fois) et C sur 3, 5 (2 fois).
Positions variables : 3, 8 et 18.

b) Proportion : 3/20 = 0,15, soit 15 %. En moyenne, deux génomes humains ne diffèrent que d'environ un site sur 1 000 (0,1 %). Ce fragment a donc été choisi parce qu'il est variable : il n'est pas représentatif, et un échantillon de cinq chromosomes est trop petit pour estimer une fréquence.

c) Combinaisons (positions 3, 8, 18) : 1 = G-A-T ; 2 = G-G-T ; 3 = G-A-C ; 4 = C-G-T ; 5 = G-A-C. Les chromosomes 3 et 5 sont identiques : 4 haplotypes différents.

d) Chromosome 1 : G-A-T ; chromosome 4 : C-G-T. Ils diffèrent aux positions 3 et 8 : 2 différences.

a) Un gène est polymorphe dans une population s'il y possède au moins deux allèles de fréquence supérieure à 1 % (0,01).

b) Gène A : seul A1 dépasse 0,01 (A2 = 0,005 < 0,01) → non polymorphe. Gène B : B1, B2 et B3 dépassent 0,01 → polymorphe. Gène C : un seul allèle → non polymorphe. Gène D : D1 et D2 = 0,018 > 0,01 → polymorphe.
Polymorphes : B et D ; non polymorphes : A et C.

c) Un gène occupe un locus sur une paire de chromosomes homologues ; une cellule diploïde possède donc deux copies du gène. Une personne porte au plus 2 allèles (par exemple B1//B3), même si la population en compte trois.

d) A2 existe, mais il est rare (0,5 % des copies du gène). C'est un variant rare : par convention, le polymorphisme désigne les variations assez fréquentes pour être répandues dans la population, pas les mutations rares ou récentes.

a) L'ADN mitochondrial est transmis par la mère à tous ses enfants (les mitochondries du zygote proviennent de l'ovule). Léo l'a reçu d'Inès, qui l'a reçu de sa mère Rose : il vient de Rose.

b) Le chromosome Y est transmis par le père à ses fils. Léo l'a reçu de Paul, qui l'a reçu de son père Marc : il vient de Marc.

c) Léa a la même mère que Léo : même ADN mitochondrial (celui de Rose). Étant une fille (XX), elle n'a pas de chromosome Y.

d) Ces deux ADN sont transmis par un seul parent et ne subissent (presque) pas de recombinaison : ils passent en bloc de génération en génération et ne changent que par mutation. Les différences entre deux lignées reflètent donc le temps écoulé depuis leur ancêtre commun, ce qui permet de reconstituer des généalogies de lignées maternelles et paternelles.

a) Temps = différences / vitesse. Paire 1 : 0,378 / 1,8 = 0,21 million d'années, soit 210 000 ans. Paire 2 : 0,099 / 1,8 = 0,055, soit 55 000 ans. Paire 3 : 0,117 / 1,8 = 0,065, soit 65 000 ans.

b) Les deux lignées africaines ont un ancêtre commun environ quatre fois plus ancien que les lignées non africaines : c'est en Afrique que l'on trouve la diversité la plus ancienne. Les lignées d'Europe, d'Asie et de Papouasie remontent toutes à un ancêtre commun il y a 55 000 à 65 000 ans, ce qui correspond à la sortie d'Afrique (70 000 à 50 000 ans). Les données sont donc compatibles avec une origine africaine suivie d'une dispersion récente.

c) (1) La vitesse d'accumulation des différences n'est qu'une moyenne : le nombre de mutations fluctue par hasard d'une lignée à l'autre. (2) L'ancêtre commun de deux lignées peut être plus ancien que la séparation des populations (les lignées existaient déjà dans la population de départ). Un seul marqueur donne donc une estimation approximative.

d) L'ADN mitochondrial est transmis par la mère seule et sans recombinaison : les différences entre deux séquences ne proviennent que des mutations accumulées depuis l'ancêtre commun, ce qui en fait une horloge moléculaire utilisable.

a) Plus la population est éloignée de l'Afrique de l'Est, plus son hétérozygotie est faible : de 0,755 à 1 500 km à 0,602 à 25 000 km. La baisse est régulière, à peu près proportionnelle à la distance.

b) Baisse totale : 0,755 − 0,602 = 0,153 sur 25 000 − 1 500 = 23 500 km. Pour 1 000 km : 0,153 × 1 000 / 23 500 ≈ 0,0065.

c) Entre 1 500 et 16 000 km, il y a 14 500 km : baisse ≈ 14,5 × 0,00651 ≈ 0,094. Hétérozygotie ≈ 0,755 − 0,094 ≈ 0,661.

d) Sapiens est apparu en Afrique. À chaque étape de la migration, un petit groupe s'est détaché et n'a emporté qu'une partie des allèles du groupe d'origine : c'est un effet fondateur. Ces effets se sont répétés tout au long de la dispersion (effets fondateurs en série), si bien que la diversité diminue avec la distance parcourue depuis l'Afrique de l'Est, où elle est maximale.

a) Hypothèse 1 : ces nucléotides viennent de l'ancêtre commun de Sapiens et de Néandertal (plus de 500 000 ans) et ont été conservés dans certaines lignées. Hypothèse 2 : ils ont été hérités par métissage entre Sapiens et Néandertal.

b) Si ces nucléotides venaient de l'ancêtre commun, ils devraient se retrouver aussi souvent chez les Africains que chez les Européens, puisque tous descendent de cet ancêtre. Or ils sont presque absents chez les Yoruba, dont les ancêtres n'ont pas quitté l'Afrique et n'ont pas rencontré Néandertal. De plus, 23 sites groupés sur un même segment sont incompatibles avec un héritage très ancien, que la recombinaison aurait découpé. L'hypothèse du métissage, hors d'Afrique, est retenue.

c) 47 000 / 28 ≈ 1 679, soit environ 1 700 générations.

d) À chaque génération, la méiose fait des crossing-over entre chromosomes homologues : un segment néandertalien est coupé et mêlé à de l'ADN de Sapiens. Après environ 1 700 générations, les segments initiaux (des chromosomes entiers chez les hybrides) sont réduits à de courts fragments dispersés dans le génome. Leur longueur permet d'ailleurs de dater le métissage.

a) Le phénotype persistant est fréquent chez les éleveurs laitiers (0,91 en Europe du Nord, 0,55 en Afrique de l'Est) et rare chez les agriculteurs sans tradition laitière (0,06 et 0,09).

b) Avec une fréquence d'allèle de 0,02, au plus 2 copies sur 100 portent −13910T. Même en supposant chaque porteur persistant (allèle dominant), la part des porteurs vaut au plus 1 − 0,98 × 0,98 ≈ 0,04, soit 4 % des individus, bien loin des 55 % observés. Cet allèle n'explique donc pas la persistance dans la population 3.

c) D'autres mutations, situées dans la même région régulatrice du gène LCT, maintiennent la production de lactase chez ces éleveurs : la persistance est apparue indépendamment dans plusieurs populations (évolution convergente).

d) La persistance est fréquente là où l'on consomme du lait, et elle est apparue par des mutations différentes dans des populations d'éleveurs indépendantes. Le hasard ne rendrait pas le même phénotype fréquent, par des chemins différents, précisément chez les éleveurs : l'avantage de digérer le lait (énergie, calcium, eau) a augmenté la fréquence des allèles de persistance dans ces populations.

a) L'allèle est absent chez les premiers agriculteurs (≈ 7 500 ans), encore rare il y a 4 500 ans (0,05) et 3 000 ans (0,14), puis il devient fréquent : 0,45 il y a 1 000 ans et 0,68 aujourd'hui. L'essentiel de la hausse se produit au cours des 3 000 dernières années.

b) 4 500 / 25 = 180 générations. En 180 générations, la fréquence passe de 0,05 à 0,68, soit une multiplication par plus de 13. Dans une grande population, la dérive génétique ne fait varier les fréquences que lentement et dans un sens imprévisible ; une hausse aussi forte, aussi rapide et aussi régulière indique que les porteurs de l'allèle avaient plus de descendants : c'est une signature de sélection naturelle.

c) Le lait était exploité il y a plus de 8 000 ans (document 2), alors que l'allèle était absent il y a 7 500 ans et rare il y a 4 500 ans (document 1). La consommation de produits laitiers a donc commencé des milliers d'années avant que l'allèle devienne fréquent. Elle était possible sans lui, grâce aux produits fermentés pauvres en lactose, que les adultes non persistants digèrent.

d) L'allèle −13910T est apparu par mutation, au hasard, dans une population où il était rare. Avec l'élevage laitier, pratiqué depuis le Néolithique, les porteurs pouvaient consommer du lait frais, source d'énergie, de calcium et d'eau, ce qui a pu être décisif lors de disettes. Ils ont laissé plus de descendants et la fréquence de l'allèle a fortement augmenté, surtout depuis 3 000 ans. Une pratique culturelle (l'élevage) a créé la pression de sélection qui a modifié le génome des populations européennes.

a) L'ADN de la phalange ne correspond ni à celui des Sapiens actuels ni à celui de Néandertal : il appartient à une lignée à part, apparentée à Néandertal (groupe frère). Les Dénisoviens sont un groupe humain distinct, identifié par son génome alors qu'on ne disposait que d'un fragment d'os.

b) L'ADN dénisovien est absent chez les Africains et les Européens, présent en petite quantité en Asie de l'Est et surtout chez les Papous (≈ 4 %). Le métissage a donc eu lieu en Asie, après la sortie d'Afrique, chez les ancêtres des populations d'Asie et d'Océanie. Si les Papous en portent le plus, c'est que les Dénisoviens occupaient une vaste aire en Asie, jusqu'au Sud-Est : les ancêtres des Papous les ont rencontrés sur leur route vers l'Océanie, et la population papoue, restée isolée, a conservé cet apport sans le diluer.

c) Les Dénisoviens vivaient sur le plateau tibétain depuis au moins 160 000 ans (document 4) : leur haplotype d'EPAS1 a pu être adapté au manque de dioxygène. Transmis aux Sapiens par métissage, il a conféré aux porteurs vivant en altitude un avantage (meilleure survie et reproduction). La sélection naturelle a augmenté sa fréquence chez les Tibétains, mais pas chez les populations de basse altitude, où il n'apporte rien : c'est une introgression adaptative.

d) L'allèle ne s'est pas transmis « par besoin » : il existait déjà chez les Dénisoviens et a été hérité par métissage, indépendamment de toute utilité. C'est ensuite, dans le milieu d'altitude, que la sélection naturelle a favorisé ses porteurs et augmenté sa fréquence. Le milieu trie les allèles existants ; il ne les fait pas apparaître.

a) Le génome de Camille est le même dans les deux cas. Les pourcentages ne sont pas mesurés directement : ce sont des estimations de ressemblance avec des panels de référence. Comme chaque société utilise ses propres panels (populations actuelles choisies, nombre de personnes) et ses propres modèles, le même génome est découpé différemment (par exemple 17 % ou 29 % « Proche-Orient »). Les frontières entre régions voisines, dont les populations partagent beaucoup d'allèles, sont en outre arbitraires.

b) Deux humains ne diffèrent que d'environ un nucléotide sur 1 000, et l'essentiel de la diversité se trouve au sein des populations. « 23 % Afrique du Nord » signifie seulement qu'environ 23 % des segments analysés ressemblent davantage au panel nord-africain qu'aux autres panels : ces segments portent les mêmes gènes, avec des allèles qui existent aussi en Europe à d'autres fréquences. Ce n'est ni une part de gènes « différents », ni une appartenance biologique à une « race ».

c) Le génome de Camille renseigne aussi sur ses parents, ses frères et sœurs et ses enfants, qui n'ont rien consenti. Le document 3 montre qu'un test peut révéler une filiation cachée, avec des conséquences pour toute une famille. Enfin, les données génétiques, conservées par des sociétés étrangères, peuvent être revendues, piratées ou utilisées par des tiers (assureurs, enquêteurs) : ce sont des données sensibles et partagées.

d) En France, l'examen des caractéristiques génétiques n'est autorisé qu'à des fins médicales ou de recherche scientifique, avec consentement écrit (Code civil, art. 16-10) ; solliciter un test hors de ce cadre est puni de 3 750 € d'amende (Code pénal, art. 226-28-1). Justification : protéger la personne et ses apparentés contre des révélations non accompagnées, contre l'usage commercial de données sensibles et contre toute discrimination fondée sur les caractéristiques génétiques.