Histoire humaine lue dans son génome

Complète avec le mot ou le nombre exact.

1. L’ensemble de l’information génétique d’une personne, portée par l’ADN de ses chromosomes et de ses mitochondries, est son
   Le génome ; le génome nucléaire humain compte environ 3,1 milliards de paires de nucléotides par lot de chromosomes.
2. Deux personnes non apparentées diffèrent en moyenne d’un nucléotide sur
   Un sur 1 000 : leurs génomes sont identiques à environ 99,9 %.
3. Les seules personnes à avoir le même génome nucléaire sont des vrais
   Les vrais jumeaux sont issus d’un même zygote ; tous les autres génomes humains sont uniques.
4. Comparer quelques régions très variables de l’ADN pour reconnaître une personne, c’est l’identification par empreintes
   Les empreintes génétiques, utilisées en justice ; en France, elles ne sont permises que dans des cas prévus par la loi.
5. La plus grande partie de la variation génétique humaine se trouve à l’intérieur de chaque
   À l’intérieur de chaque population : deux personnes d’une même région peuvent différer plus que deux personnes de continents différents.

Un chromosome humain compte 1,9 × 10⁸ paires de nucléotides. On admet qu’entre deux personnes non apparentées il y a en moyenne une différence pour 1 000 nucléotides. Calcule.

1. Différences attendues entre les copies de ce chromosome chez deux personnes non apparentées :
   1,9 × 10⁸ ÷ 1 000 = 1,9 × 10⁵ = 190 000 différences ponctuelles, auxquelles s’ajoutent insertions et délétions.
2. Sur un fragment de 6 000 nucléotides de ce chromosome, différences attendues :
   6 000 ÷ 1 000 = 6 différences en moyenne ; sur un fragment court, le nombre réel varie beaucoup.
3. Part du génome héritée en moyenne d’un seul grand-parent, en pourcentage :
   Deux générations : (1/2)² = 1/4, soit 25 % en moyenne.
4. Part de génome partagée en moyenne par deux cousins germains, en pourcentage :
   Ils ont un couple de grands-parents commun : la part attendue est 1/8, soit 12,5 %.

Sur trois sites très variables de l’ADN, on note les deux allèles de chaque personne (les allèles sont désignés par un numéro). Enfant : site 1 → 12 et 17 ; site 2 → 5 et 9 ; site 3 → 21 et 24. Mère : site 1 → 12 et 15 ; site 2 → 9 et 11 ; site 3 → 24 et 28. Homme A : site 1 → 17 et 19 ; site 2 → 5 et 7 ; site 3 → 18 et 21. Homme B : site 1 → 14 et 17 ; site 2 → 4 et 5 ; site 3 → 18 et 22. Aucune mutation nouvelle n’est survenue.

1. Allèle du site 1 que l’enfant a reçu de son père :
   La mère porte 12 et 15 : l’allèle 12 de l’enfant vient d’elle, donc l’allèle 17 vient du père.
2. Allèle du site 2 que l’enfant a reçu de son père :
   La mère porte 9 et 11 : l’allèle 9 de l’enfant vient d’elle, donc l’allèle 5 vient du père.
3. Allèle du site 3 que l’enfant a reçu de son père :
   La mère porte 24 et 28 : l’enfant a reçu 24 d’elle, donc 21 de son père.
4. Homme qui ne peut pas être le père (A ou B) :
   L’homme B : il porte 18 et 22 au site 3 et ne peut donc pas avoir transmis l’allèle attendu. Un seul site incompatible suffit à exclure.
5. Les résultats de l’homme A permettent-ils d’affirmer qu’il est le père, ou seulement qu’il n’est pas exclu ?
   Trois sites ne suffisent pas : d’autres hommes peuvent porter ces allèles. On conclut seulement qu’il n’est pas exclu ; en pratique on analyse une quinzaine de sites.

Complète à propos de la lecture du génome humain.

1. Le Projet Génome humain a déclaré la séquence achevée en avril
   En avril 2003, deux ans avant la date prévue, pour un coût d’environ 2,7 milliards de dollars ; une première ébauche datait de 2001.
2. Les lectures de quelques centaines de nucléotides sont remises dans l’ordre par des logiciels grâce à leurs
   Leurs chevauchements : deux lectures qui se recouvrent se raccordent, comme les pièces d’un puzzle.
3. Les régions très du génome ont été les dernières assemblées, en 2022.
   Les régions répétées : avec des lectures courtes, on ne sait pas d’où vient chaque copie. La séquence sans trou date de 2022.
4. La séquence de référence a été établie à partir de l’ADN de quelques donneurs : elle n’est donc le génome de personne.
   D’aucune personne : c’est une séquence de comparaison, pas le génome d’un individu réel.

Deux séquences homologues alignées comptent 80 nucléotides chacune et diffèrent en 6 positions. Calcule et compare.

1. Nombre de positions identiques :
   80 − 6 = 74 positions identiques.
2. Pourcentage d’identité : %
   74 ÷ 80 = 0,925, soit 92,5 %.
3. Différences ramenées à 1 000 nucléotides :
   6 ÷ 80 × 1 000 = 75 différences pour 1 000 nucléotides : ce fragment est beaucoup plus variable que la moyenne du génome.
4. Deux autres séquences de 250 nucléotides diffèrent en 9 positions. Différences pour 1 000 nucléotides :
   9 ÷ 250 × 1 000 = 36 : moins que les 75 du premier couple, bien que le nombre brut de différences soit plus grand. On compare toujours à longueur égale.

On compare un même segment d’ADN chez quatre personnes P, Q, R et S. Le tableau donne le nombre de différences pour 1 000 nucléotides entre chaque paire : P–Q 3,2 ; P–R 1,1 ; P–S 3,4 ; Q–R 3,3 ; Q–S 1,5 ; R–S 3,5.

1. Paire la plus proche (deux lettres) :
   1,1 est la plus petite valeur du tableau : P et R sont les plus proches, leur ancêtre commun est le plus récent.
2. Deuxième paire regroupée (deux lettres) :
   Après P et R, la plus petite valeur est 1,5 : Q et S.
3. À un site variable, P et R portent un G, Q et S un A, et une séquence extérieure au groupe porte un A. Nucléotide qui est une nouveauté partagée (une lettre) :
   La séquence extérieure porte A : A est l’état ancien, et G est une nouveauté héritée par P et R d’un ancêtre commun, ce qui confirme leur regroupement. Le A partagé par Q et S, état ancien, ne prouve rien sur leur parenté.
4. Différences pour 1 000 nucléotides entre les deux groupes, en prenant la moyenne des quatre valeurs croisées :
   (3,2 + 3,4 + 3,3 + 3,5) ÷ 4 = 13,4 ÷ 4 = 3,35 : les deux groupes se séparent bien plus tôt que les personnes d’un même groupe.
5. Peut-on déduire de ces seules données que P est un ancêtre de R ? (oui ou non)
   Non : ce sont quatre personnes actuelles. Une faible différence signale un ancêtre commun récent, pas une filiation directe.

Complète. On prend 25 ans par génération.

1. Nombre de générations en 5 000 ans :
   5 000 ÷ 25 = 200 générations : c’est le temps écoulé depuis l’arrivée des éleveurs des steppes en Europe.
2. Nombre de générations en 10 000 ans :
   10 000 ÷ 25 = 400 générations.
3. Nombre de générations en 100 000 ans :
   100 000 ÷ 25 = 4 000 générations : l’histoire de notre espèce tient en quelques milliers de générations.
4. Nombre de cases occupées par les ancêtres, 4 générations en arrière :
   2⁴ = 16 arrière-arrière-grands-parents en théorie.

Durée d’une génération : 25 ans. Les nombres de cases se calculent de tête, en doublant de génération en génération.

1. Cases d’ancêtres 10 générations en arrière :
   En doublant dix fois : 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1 024 cases, soit environ mille ancêtres théoriques il y a 250 ans.
2. Cases d’ancêtres 11 générations en arrière :
   Une génération de plus double le nombre de cases : 2 048.
3. Part attendue du génome venue d’un ancêtre situé 5 générations en arrière : 1 sur
   2⁵ = 32 : environ 3 % du génome, en moyenne.
4. Part attendue du génome venue d’un ancêtre situé 7 générations en arrière : 1 sur
   2⁷ = 128, soit moins de 1 % du génome : à ce stade, beaucoup d’ancêtres n’ont transmis qu’un ou deux segments, parfois aucun.

Environ 117 milliards d’êtres humains sont nés depuis l’origine de l’espèce, dont 8 milliards vivent aujourd’hui (Population Reference Bureau, 2022). On prend 30 ans par génération et on admet 2³⁰ ≈ 1,07 × 10⁹ ; en remontant d’une génération, le nombre de cases de l’arbre double.

1. Plus petit nombre de générations pour lequel les cases de l’arbre sont plus nombreuses que les 8 milliards d’humains vivants :
   2³⁰ ≈ 1,07 × 10⁹ ; 2³¹ ≈ 2,1 × 10⁹ ; 2³² ≈ 4,3 × 10⁹, encore moins de 8 × 10⁹ ; 2³³ ≈ 8,6 × 10⁹, plus de 8 × 10⁹ : 33 générations.
2. Durée correspondante : ans
   33 × 30 = 990 ans : moins de mille ans en arrière, un seul arbre compte plus de cases qu’il n’y a d’humains vivants aujourd’hui.
3. Plus petit nombre de générations pour lequel les cases dépassent les 117 milliards d’humains jamais nés :
   On continue de doubler : 2³⁴ ≈ 1,7 × 10¹⁰ ; 2³⁵ ≈ 3,4 × 10¹⁰ ; 2³⁶ ≈ 6,9 × 10¹⁰, encore moins de 1,17 × 10¹¹ ; 2³⁷ ≈ 1,4 × 10¹¹, plus : 37 générations. Piège : 2³⁶ est déjà « des dizaines de milliards », mais pas encore 117 milliards.
4. Durée correspondante : ans
   37 × 30 = 1 110 ans : à peine plus d’un millénaire suffit pour que l’arbre compte plus de cases que d’humains ayant jamais vécu.
5. Conclusion : les mêmes ancêtres occupent de nombreuses cases, car nos lignées se
   Elles se rejoignent : un même ancêtre est l’ancêtre de plusieurs de nos lignées, et deux humains au hasard ont des ancêtres communs assez récents.

Complète.

1. La diversité génétique humaine est maximale en
   En Afrique : la diversité des autres continents en est un sous-ensemble.
2. L’ADN mitochondrial est transmis par la
   Par la mère à tous ses enfants : les mitochondries du zygote proviennent de l’ovule.
3. Le chromosome Y est transmis par le père à ses
   À ses fils seulement : il suit la lignée paternelle.
4. Un petit groupe qui migre n’emporte qu’une partie des allèles de son groupe d’origine : c’est un effet
   Un effet fondateur ; répété le long de la dispersion, on parle d’effets fondateurs en série.
5. Les Amériques ont été peuplées depuis l’Asie par une région alors émergée, la
   La Béringie, émergée pendant la dernière glaciation : les populations amérindiennes, issues de peu de fondateurs, ont la diversité la plus réduite.

On admet dans cet exercice que deux lignées d’ADN mitochondrial accumulent des différences à la vitesse de 2,5 % par million d’années (valeur choisie).

1. Deux lignées diffèrent de 0,50 % : leur ancêtre commun date d’environ ans
   0,50 ÷ 2,5 = 0,20 million d’années : environ 200 000 ans.
2. Deux autres lignées diffèrent de 0,10 % : ancêtre commun il y a environ ans
   0,10 ÷ 2,5 = 0,04 million d’années : environ 40 000 ans.
3. Rapport entre les deux âges obtenus :
   200 000 ÷ 40 000 = 5 : les deux premières lignées se sont séparées cinq fois plus tôt.
4. Deux lignées se sont séparées il y a 90 000 ans : différence attendue entre elles, en pourcentage : %
   0,09 × 2,5 = 0,225 %.

Le tableau donne l’hétérozygotie moyenne de quatre populations et leur distance par voie terrestre depuis l’Afrique de l’Est (valeurs choisies) : A, 2 000 km, 0,760 ; B, 6 000 km, 0,735 ; C, 14 000 km, 0,685 ; D, 22 000 km, 0,635.

1. Baisse d’hétérozygotie entre A et D :
   0,760 − 0,635 = 0,125.
2. Baisse moyenne d’hétérozygotie pour 1 000 km, entre A et D :
   La distance augmente de 22 000 − 2 000 = 20 000 km : 0,125 ÷ 20 = 0,00625 par 1 000 km.
3. Hétérozygotie attendue pour une population située à 10 000 km :
   De 2 000 à 10 000 km : 8 × 0,00625 = 0,05 ; 0,760 − 0,05 = 0,71. La valeur observée en C (0,685 à 14 000 km) montre que la baisse est à peu près régulière.
4. Laquelle de ces populations est la plus probablement la plus proche de la région d’origine (une lettre) :
   La population A : c’est elle qui a la diversité la plus forte et la distance la plus faible.
5. Une cinquième population, à 9 000 km, a une hétérozygotie de 0,500. Cette valeur est-elle conforme à la tendance ? (oui ou non)
   Non : on attendait environ 0,716. Une valeur beaucoup plus basse suggère une histoire particulière, par exemple une population fondée par très peu d’individus et longtemps isolée.

Complète.

1. L’étude des génomes d’êtres humains disparus à partir de leurs restes fossiles s’appelle la
   La paléogénomique ; elle a valu à Svante Pääbo le prix Nobel de physiologie ou médecine 2022.
2. Après la mort, des cytosines de l’ADN sont modifiées et lues comme des aux extrémités des fragments.
   Comme des T : ce motif, absent d’un ADN récent, sert à prouver qu’un ADN est bien ancien.
3. Les Dénisoviens ont été découverts grâce à l’ADN d’une phalange de la grotte de Denisova, en Sibérie, en
   En 2010, la même année que la publication du génome de Néandertal : un groupe humain inconnu révélé par son ADN.
4. Les lignées de Néandertal et de Sapiens se sont séparées il y a plus de ans
   Plus de 500 000 ans (environ 550 000 à 750 000) : Néandertal n’est pas notre ancêtre, c’est une lignée sœur.
5. Os qui conserve souvent le plus d’ADN ancien, autour de l’oreille interne : l’os du
   L’os du rocher : on y prélève la partie dense proche de l’oreille interne.

Un génome humain diploïde compte environ 6,2 × 10⁹ paires de nucléotides. On prend 27 ans pour une génération.

1. Quantité d’ADN d’origine dénisovienne, en paires de nucléotides, chez une personne qui en porte 4,0 % : × 10⁸ (au dixième)
   6,2 × 10⁹ × 0,040 = 2,48 × 10⁸ ≈ 2,5 × 10⁸ paires de nucléotides, soit environ 250 millions.
2. Générations écoulées depuis un métissage daté de 47 000 ans (à la centaine) :
   47 000 ÷ 27 ≈ 1 741 : environ 1 700 générations de brassage, qui ont découpé les segments reçus.
3. Une population porte 0,2 % d’ADN dénisovien, une autre 4,0 %. La seconde en porte fois plus.
   4,0 ÷ 0,2 = 20 fois plus.
4. Sur un chromosome de 1,6 × 10⁸ paires de nucléotides, longueur attendue d’ADN néandertalien chez une personne qui en porte 1,8 % : × 10⁶
   1,6 × 10⁸ × 0,018 = 2,88 × 10⁶ paires de nucléotides, réparties en plusieurs segments courts.

On compare un segment d’ADN de 60 000 paires de nucléotides chez un Néandertalien fossile, chez des Européens, des Asiatiques de l’Est et des Yoruba du Nigeria. Sur ce segment, 18 positions portent chez le Néandertalien un nucléotide rare chez les humains actuels. On compte, pour chaque groupe, la part des personnes qui portent au moins douze de ces 18 nucléotides sur un même chromosome : Européens 0,10 ; Asiatiques de l’Est 0,15 ; Yoruba 0,00.

1. Première hypothèse à envisager pour expliquer ces nucléotides chez un Européen : ils viennent de l’ancêtre de Sapiens et de Néandertal.
   De l’ancêtre commun, il y a plus de 500 000 ans ; la seconde hypothèse est un métissage.
2. Population qui sert de témoin parce que ses ancêtres n’ont pas pu rencontrer Néandertal : les
   Les Yoruba d’Afrique de l’Ouest : leurs ancêtres n’ont pas quitté l’Afrique.
3. Hypothèse retenue au vu des trois valeurs (ancêtre commun ou métissage) :
   Le métissage : si ces nucléotides venaient de l’ancêtre commun, ils seraient aussi présents chez les Yoruba, qui en descendent également.
4. Un argument supplémentaire vient du fait que ces 18 nucléotides sont groupés sur un même d’ADN.
   Un même segment : un héritage très ancien aurait été découpé par le brassage, génération après génération.
5. Les Asiatiques de l’Est en portent 0,15 et les Européens 0,10 : ce segment est donc fois plus fréquent en Asie de l’Est.
   0,15 ÷ 0,10 = 1,5 fois. Un faible écart entre populations non africaines, à côté d’un zéro chez les Yoruba, situe le métissage après la sortie d’Afrique.

Complète.

1. Chez la plupart des adultes, la production de lactase s’arrête après le
   Après le sevrage, comme chez la plupart des mammifères : seuls les porteurs d’un allèle de persistance continuent à en produire.
2. La persistance de la lactase est due à des mutations d’une région qui règle l’activité du gène
   Le gène LCT ; les mutations sont situées en amont de ce gène, dans une région non codante.
3. Gène dont un haplotype reçu des Dénisoviens est très fréquent chez les Tibétains :
   EPAS1, qui intervient dans la réponse de l’organisme au manque de dioxygène.
4. Combinaison d’allèles voisins portés par un même chromosome : un
   Un haplotype ; autour d’un allèle récemment sélectionné, on observe un long haplotype peu varié.
5. Dans une petite population, un allèle peut devenir fréquent par le seul hasard : c’est la génétique.
   La dérive génétique : une fréquence élevée ne prouve donc pas à elle seule une sélection.

Fréquence du phénotype « persistance de la lactase à l’âge adulte » et de l’allèle −13910T dans quatre populations (valeurs choisies). P1, éleveurs laitiers d’Europe du Nord : phénotype 0,88 ; allèle 0,66. P2, agriculteurs d’Asie du Sud-Est : 0,04 ; 0,00. P3, éleveurs d’Afrique de l’Est : 0,48 ; 0,01. P4, agriculteurs d’Afrique de l’Ouest : 0,07 ; 0,00.

1. Rapport entre la fréquence du phénotype persistant en P1 et en P2 :
   0,88 ÷ 0,04 = 22 : le phénotype est 22 fois plus fréquent chez les éleveurs laitiers.
2. En P3, part maximale des porteurs de −13910T, en pourcentage (l’allèle est dominant, fréquence 0,01) : %
   Chaque porteur a au moins une copie de l’allèle. Il y a 2 copies du gène par personne, dont 1 sur 100 est −13910T : au plus 2 × 0,01 = 0,02 porteur par personne, soit au plus 2 % des individus si chaque porteur n’a qu’une copie. On est bien loin des 48 % de phénotypes persistants observés.
3. Donc en P3 la persistance est due à d’autres de la même région régulatrice.
   D’autres mutations, comme −14010C chez des éleveurs d’Afrique de l’Est : même phénotype, chemins génétiques différents.
4. Même phénotype apparu indépendamment dans plusieurs populations : évolution
   Une évolution convergente : c’est un argument fort en faveur d’une sélection liée à l’élevage laitier, et non du hasard.

Fréquence de l’allèle −13910T de persistance de la lactase dans des génomes anciens et actuels d’une même région d’Europe (valeurs choisies) : il y a 6 000 ans, 0,00 ; il y a 4 000 ans, 0,02 ; il y a 2 000 ans, 0,22 ; aujourd’hui, 0,70. Dans cette région, des résidus de graisses de lait sont retrouvés dans des poteries dès 7 000 ans avant aujourd’hui. La population comptait plusieurs centaines de milliers de personnes. On prend 25 ans par génération.

1. Hausse de la fréquence entre il y a 4 000 ans et aujourd’hui :
   0,70 − 0,02 = 0,68.
2. Nombre de générations écoulées depuis 4 000 ans :
   4 000 ÷ 25 = 160 générations.
3. Facteur par lequel la fréquence a été multipliée depuis 4 000 ans :
   0,70 ÷ 0,02 = 35.
4. Variation moyenne de fréquence par génération sur cette période :
   0,68 ÷ 160 = 0,00425 par génération ; la hausse a surtout eu lieu depuis 2 000 ans, donc le rythme réel est encore plus rapide.
5. La dérive génétique peut-elle expliquer cette hausse, dans une population de plusieurs centaines de milliers de personnes ? (oui ou non)
   Non : dans une grande population, la dérive ne déplace les fréquences que lentement et au hasard. Une hausse aussi forte, aussi rapide et aussi régulière indique que les porteurs laissaient plus de descendants.
6. Les poteries montrent que la consommation de lait a l’essor de l’allèle (précédé ou suivi).
   Elle l’a précédé de plusieurs milliers d’années : le lait était d’abord consommé transformé, pauvre en lactose. C’est la pratique culturelle de l’élevage qui a créé la pression de sélection, et non l’inverse.