Ressources · 3ᵉ · SVT
Diversité génétique : du brassage à la biodiversité
Des individus tous différents ; brassage à la méiose (paires séparées au hasard, crossing-over) et à la fécondation ; tableau de croisement et arbre généalogique ; diversité génétique d’une population ; de la diversité génétique à la biodiversité.
À propos de cette page
Des individus tous différents
Rappel (4e). Les caractères héréditaires dépendent de gènes portés par les chromosomes ; chaque gène existe en plusieurs versions, les allèles ; chaque cellule porte deux allèles de chaque gène, un venu de chaque parent, et le phénotype dépend du génotype et de l’environnement (chapitre « Génétique : chromosomes, ADN, gènes et allèles »). Une mutation crée un nouvel allèle (chapitre « Génétique : mutations et variabilité »). En 3e, on explique pourquoi chaque individu est unique et ce que devient cette diversité dans une population.
Cette diversité génétique a deux sources :
• les mutations, qui créent de nouveaux allèles (seules celles des cellules reproductrices passent aux enfants) ;
• la reproduction sexuée, qui ne crée aucun allèle mais les combine autrement à chaque génération : c’est le brassage génétique, à la méiose puis à la fécondation.
Dans la reproduction asexuée (bouture, tubercule, division d’une bactérie), les descendants sont des clones : ils ont les allèles de leur unique parent, aux rares mutations près.
Le milieu s’ajoute au génotype : deux vrais jumeaux, de même génotype, ne sont pas tout à fait identiques.
Deux humains pris au hasard ont environ 99,9 % de leur ADN en commun : ils diffèrent en moyenne d’une lettre sur 1 000. Un lot de 23 chromosomes compte environ 3 milliards de paires de lettres : 3 000 000 000 ÷ 1 000 = 3 000 000 différences environ. C’est peu à l’échelle de l’ADN, mais assez pour que chacun soit unique.
Une étude islandaise publiée en 2017, menée sur 1 548 familles (deux parents et leur enfant), compte en moyenne environ 70 mutations nouvelles par enfant, absentes chez ses deux parents : à chaque génération, des allèles nouveaux apparaissent, le plus souvent sans effet.
Les plants de menthe nés des tiges souterraines d’un même pied ont tous les mêmes allèles : ce sont des clones. Les graines de cette menthe, nées d’une fécondation, donnent au contraire des plants tous un peu différents.
Réflexe — devant deux individus différents d’une même espèce, je cherche l’origine de la différence : des allèles différents (mutations anciennes, combinées par le brassage), le milieu, ou les deux.
Attention — la reproduction sexuée ne fabrique pas d’allèles nouveaux : elle fabrique des combinaisons nouvelles. Seule la mutation crée un allèle. Et « mêmes gènes » ne veut pas dire « mêmes allèles ».
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Le brassage à la méiose
Rappel (4e). La méiose fabrique les gamètes : chacun reçoit un chromosome de chaque paire, 23 chez l’être humain au lieu de 46, et avec 23 paires un même parent peut fabriquer plus de 8 millions de gamètes différents (chapitre « Génétique : chromosomes, ADN, gènes et allèles »). Voici comment ce tirage mélange les allèles.
Brassage entre les paires. Chaque paire se sépare au hasard et indépendamment des autres : le chromosome venu du père d’une paire peut partir avec le chromosome venu de la mère d’une autre paire. Pour des gènes portés par des paires différentes, toutes les combinaisons d’allèles sont possibles et également probables. Avec n gènes hétérozygotes portés par n paires différentes : 2 × 2 × … × 2 = 2n sortes de gamètes.
Brassage dans une paire : le crossing-over. Au début de la méiose, les deux chromosomes de chaque paire s’accolent et échangent des morceaux, presque toujours au moins une fois par paire. Il en sort des chromosomes nouveaux, qui mêlent des allèles venus du père et de la mère : deux allèles d’un même chromosome peuvent ainsi être séparés.
Résultat : deux gamètes d’une même personne ne sont pratiquement jamais identiques.
Deux paires séparées au hasard
Un échange entre les chromosomes d’une paire
Schéma simplifié : chaque chromosome est dessiné comme un seul bâtonnet ; D et d sont deux allèles d’un gène, E et e deux allèles d’un autre gène du même chromosome.
Une femme est (A ; O) pour le groupe sanguin, gène de la paire 9, et (Rh+ ; Rh−) pour le rhésus, gène de la paire 1. Ses ovules portent A et Rh+, A et Rh−, O et Rh+ ou O et Rh− : 4 sortes, chacune dans 1 ovule sur 4 (premier schéma).
Une plante est hétérozygote pour 6 gènes portés par 6 paires différentes et homozygote pour 3 autres gènes : 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 26 = 64 sortes de gamètes. Les gènes homozygotes ne comptent pas : ils multiplient par 1.
Sur le second schéma, avant l’échange, les gamètes ne peuvent recevoir que D avec E ou d avec e ; après le crossing-over, ils peuvent aussi recevoir D avec e ou d avec E : deux combinaisons absentes des deux chromosomes que cette personne avait reçus de ses parents.
Réflexe — pour compter les sortes de gamètes, je garde seulement les gènes hétérozygotes, je vérifie qu’ils sont portés par des paires différentes, puis je multiplie un 2 par gène.
Attention — deux gènes portés par la même paire voyagent ensemble : on ne multiplie pas par 2 pour chacun, sauf si un crossing-over les sépare. Et le brassage ne change aucun allèle : après l’échange, D est toujours D.
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Le brassage à la fécondation
Rappel (4e). À la fécondation, la cellule-œuf reçoit un allèle de chaque parent pour chaque gène ; un tableau de croisement permet de prévoir les allèles des enfants quand un parent est hétérozygote (chapitre « Génétique : chromosomes, ADN, gènes et allèles »). Ici, on traite les cas où les deux parents le sont.
Le tableau de croisement place les gamètes d’un parent en colonnes, ceux de l’autre en lignes ; chaque case est une cellule-œuf, et toutes les cases ont la même probabilité.
Deux parents hétérozygotes (N ; a), l’allèle a étant récessif : (N ; N) dans 1 cas sur 4, (N ; a) dans 2 cas sur 4, (a ; a) dans 1 cas sur 4. Un enfant a donc 1 chance sur 4 de montrer le caractère récessif, que ni son père ni sa mère ne montrent.
Chaque fécondation est un nouveau tirage, indépendant des naissances précédentes.
Un exemple de tableau : deux parents de groupe A, tous deux (A ; O)
| ovule A | ovule O | |
|---|---|---|
| spermatozoïde A | (A ; A) → groupe A | (O ; A) → groupe A |
| spermatozoïde O | (A ; O) → groupe A | (O ; O) → groupe O |
Deux parents (A ; O) : groupe A dans 3 cases sur 4, groupe O dans 1 case sur 4. Deux parents de groupe A peuvent donc avoir un enfant de groupe O : il a reçu de chacun d’eux un allèle O caché.
223 = 8 388 608 sortes de gamètes pour chaque parent ; 8 388 608 × 8 388 608 = 70 368 744 177 664, soit environ 70 000 milliards de combinaisons, bien plus que les 8 milliards d’êtres humains.
Si l’enfant de ces deux parents (A ; O) est de groupe A, il occupe l’une des 3 cases (A ; A), (A ; O), (O ; A) : il porte un allèle O caché avec 2 chances sur 3, et non 1 sur 2.
Réflexe — j’écris les gamètes de chaque parent avec leur proportion, je remplis le tableau, j’écris le génotype de chaque case, je le traduis en phénotype, puis je compte les cases.
Attention — « 1 chance sur 4 » ne veut pas dire qu’une famille de quatre enfants en aura exactement un de groupe O : il peut y en avoir zéro ou plusieurs. Et parmi les enfants qui montrent le caractère dominant, la part des hétérozygotes est de 2 sur 3, pas de 1 sur 2 : on ne compte que les 3 cases concernées.
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Suivre un allèle dans une famille
Allèle récessif : si deux parents non atteints ont un enfant atteint, l’allèle responsable est récessif ; chaque parent est hétérozygote, c’est un porteur sain, et l’enfant atteint est homozygote pour cet allèle.
Allèle dominant : toute personne atteinte a au moins un parent atteint, et un seul exemplaire de l’allèle suffit.
Le phénotype ne suffit pas toujours : un porteur sain ressemble à une personne sans l’allèle. Seul un test génétique, l’analyse de l’ADN, révèle son génotype ; un médecin généticien aide la famille à évaluer les risques : c’est le conseil génétique.
Une famille touchée par l’albinisme
L’albinisme oculo-cutané (peu ou pas de pigment dans la peau, les cheveux et les yeux) est héréditaire ; dans cette famille, il dépend d’un seul gène : on note N l’allèle normal et a l’allèle de l’albinisme.
II-1 est atteinte, alors que ses parents I-1 et I-2 ne le sont pas : l’allèle a est récessif, et I-1 et I-2 sont tous deux (N ; a).
II-1 et III-2, atteintes, sont (a ; a). II-2, non atteint, est le père de III-2 : il lui a donné un allèle a, il est donc (N ; a). Pour la même raison, II-3 est (N ; a).
III-1, non atteint, peut être (N ; N) ou (N ; a) : son phénotype ne permet pas de trancher, seul un test génétique le peut.
Réflexe — je cherche d’abord un couple de parents non atteints qui a un enfant atteint ; puis j’écris les génotypes sûrs (les atteints, leurs parents, leurs enfants), et enfin les génotypes seulement possibles.
Attention — pour un allèle récessif, l’enfant non atteint d’une personne atteinte est forcément porteur : il a reçu l’allèle a de ce parent. Et un caractère qui « saute une génération » n’a pas disparu : il était caché chez des hétérozygotes.
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La diversité génétique d’une population
Une population est l’ensemble des individus d’une espèce qui vivent au même endroit et se reproduisent entre eux. La façon dont la sélection naturelle et le hasard font changer ses allèles au fil des générations sera l’objet du chapitre suivant, « Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces ».
Ce qui l’augmente : les mutations, lentement, et surtout l’arrivée d’individus venus d’autres populations, qui apportent leurs allèles ; le brassage les répartit ensuite en combinaisons toujours nouvelles.
Ce qui la réduit : une petite population isolée perd des allèles par hasard, d’une génération à l’autre (la dérive génétique) ; une population fondée par quelques individus n’a que leurs allèles ; les unions entre apparentés, la consanguinité, rendent les enfants plus souvent homozygotes, et les allèles récessifs défavorables, cachés chez les hétérozygotes, se révèlent.
Deux populations d’une même espèce peuvent donc avoir des allèles et des fréquences différents.
En 1985, des chercheurs greffent de la peau entre guépards non apparentés, d’une population venue d’Afrique australe : les 14 greffes sont acceptées, alors qu’entre deux humains non apparentés une greffe de peau est rejetée sans traitement. Une greffe de peau de chat domestique, elle, est rejetée : leur système immunitaire fonctionne. Les guépards se ressemblent génétiquement presque comme des jumeaux : l’espèce serait passée par un très petit nombre d’individus il y a environ 10 000 ans.
Sur un grand massif, 80 lézards des murailles sont analysés pour un gène : 52 sont hétérozygotes et on trouve 7 allèles. Sur un îlot isolé depuis longtemps, sur 40 lézards, 6 sont hétérozygotes et on trouve 2 allèles (données imaginées). 52 ÷ 80 = 0,65, soit 65 % ; 6 ÷ 40 = 0,15, soit 15 % : la population de l’îlot est bien moins diverse.
Deux cousins germains ont deux grands-parents en commun. Si l’un d’eux portait un allèle récessif rare, les deux cousins ont pu le recevoir : leur enfant risque davantage d’être homozygote pour cet allèle qu’un enfant de parents non apparentés.
Réflexe — pour comparer deux populations, je compare le nombre d’allèles et la part d’hétérozygotes, en pourcentage, et pas seulement l’effectif ; puis je cherche la cause : petite taille, isolement, peu de fondateurs, consanguinité.
Attention — un grand nombre d’individus ne garantit pas une grande diversité : une population nombreuse issue de quelques fondateurs, ou faite de clones, reste peu diverse. Et la consanguinité ne crée pas d’allèle défavorable : elle fait apparaître ceux qui étaient cachés.
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De la diversité génétique à la biodiversité
La diversité génétique est une assurance : face à un changement du milieu (maladie nouvelle, sécheresse, réchauffement), une population diverse a plus de chances de compter des individus dont les allèles leur permettent de survivre et de se reproduire. Une population uniforme, faite de clones ou d’une seule variété, réagit d’un bloc et peut disparaître d’un coup.
C’est un processus dynamique : à chaque génération, les mutations ajoutent des allèles et le brassage les combine ; la sélection naturelle (le milieu favorise les individus dont les allèles aident à survivre et à se reproduire) et le hasard les trient (chapitre « Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces »). La diversité génétique est la matière première de l’évolution.
L’être humain l’utilise : en choisissant à chaque génération les reproducteurs, la sélection artificielle, il a tiré du chou sauvage le chou-fleur, le brocoli et le chou de Bruxelles, et du loup toutes les races de chiens. Il la réduit en isolant des populations sauvages et en cultivant ou en élevant peu de variétés et de races. Il peut la protéger : banques de graines, races et variétés anciennes conservées, corridors qui relient les populations (chapitre « Peuplement des milieux : dispersion et colonisation »), apport d’individus d’une autre population.
Ouverte en février 2008 dans une montagne de l’archipel norvégien du Svalbard, la Réserve mondiale de semences conserve, fin 2025, 1 378 238 échantillons de graines déposés par 131 banques de gènes du monde entier : des doubles de sécurité de variétés cultivées et de plantes sauvages qui leur sont apparentées.
En 2015, la guerre en Syrie empêche la banque de graines d’Alep, celle du centre de recherche agricole ICARDA, de semer ses collections. Le centre réclame une partie de ses doubles : c’est le premier retrait de la réserve. Les graines, dont beaucoup viennent de variétés résistantes à la sécheresse, sont semées au Liban et au Maroc ; dès 2017, des graines multipliées sont redéposées au Svalbard.
Un chou-fleur et un brocoli appartiennent à la même espèce que le chou sauvage : l’être humain n’a pas créé d’allèles, il a choisi et combiné ceux qui existaient. Chaque race, sélectionnée sur peu de reproducteurs, est en revanche moins diverse que l’espèce entière.
Réflexe — devant une espèce menacée ou une culture, je me demande : combien d’allèles possède-t-elle ? ses populations échangent-elles des individus ? se reproduit-elle par graines ou par clones ? Moins il y a de diversité, plus un changement brutal est dangereux.
Attention — protéger une espèce ne suffit pas à protéger sa diversité génétique : trois cents animaux issus de cinq fondateurs restent peu divers. Et une espèce ne fabrique pas l’allèle « dont elle a besoin » : face à un changement, seuls comptent les allèles déjà présents.
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Pour aller plus loin
Ces notions touchent au chapitre, mais elles sont traitées ailleurs ou ont été vues avant.
- Chromosomes, ADN, gènes et allèles, dominance et codominance, génotype et phénotype, mitose, méiose, fécondation, vrais et faux jumeaux : vus en 4e, chapitre « Génétique : chromosomes, ADN, gènes et allèles ». L’ADN, texte à quatre lettres, et les mutations (causes, effets, mutation somatique ou germinale) : chapitre « Génétique : mutations et variabilité ».
- Comment un allèle devient plus fréquent quand il favorise la survie ou la reproduction, la sélection naturelle (bactéries résistantes aux antibiotiques, insectes résistants aux insecticides, phalène du bouleau, drépanocytose et paludisme), le rôle du hasard (dérive génétique, effet fondateur) et la naissance d’une espèce : chapitre « Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces ». Les antibiotiques et la résistance des bactéries : chapitre « Micro-organismes et santé : contamination et antibiotiques ».
- La crise actuelle de la biodiversité, les services rendus par les écosystèmes et les moyens de les protéger : chapitre « Biodiversité et activités humaines : crise et services ».
- Se verra en terminale (spécialité SVT) : le détail de la méiose, les anomalies qui donnent par exemple une trisomie, et le calcul des proportions de descendants pour deux gènes portés par un même chromosome.
- Les individus d’une espèce ont les mêmes gènes mais pas les mêmes allèles : sauf vrais jumeaux et clones, chacun est génétiquement unique. Les mutations créent les allèles ; la reproduction sexuée les combine, c’est le brassage génétique.
- À la méiose, chaque paire de chromosomes se sépare au hasard et indépendamment des autres (2n sortes de gamètes pour n gènes hétérozygotes sur des paires différentes), et le crossing-over échange des morceaux entre les deux chromosomes d’une paire.
- À la fécondation, les gamètes se rencontrent au hasard : environ 70 000 milliards de cellules-œufs possibles pour un couple. Le tableau de croisement donne les probabilités : deux parents hétérozygotes ont 1 chance sur 4 d’avoir un enfant homozygote récessif.
- Dans un arbre généalogique, deux parents non atteints qui ont un enfant atteint révèlent un allèle récessif : ils sont porteurs sains. Seul un test génétique distingue un porteur sain d’une personne sans l’allèle.
- La diversité génétique d’une population (nombre d’allèles, part d’hétérozygotes) augmente avec les mutations et l’arrivée d’individus ; elle baisse dans les petites populations isolées, issues de peu de fondateurs ou consanguines.
- La diversité génétique est l’un des trois niveaux de la biodiversité : une assurance face aux changements du milieu et la matière première de l’évolution, que l’être humain utilise, réduit ou protège.
Questions fréquentes
Pourquoi deux frères n’ont-ils pas les mêmes allèles ?
Parce que chacun vient d’un ovule et d’un spermatozoïde différents : à la méiose, chaque paire de chromosomes se sépare au hasard et le crossing-over mélange les allèles, puis la fécondation réunit deux gamètes au hasard. Seuls les vrais jumeaux, issus d’une même cellule-œuf, ont le même génotype.
Comment compter le nombre de gamètes différents ?
On compte les gènes hétérozygotes portés par des paires de chromosomes différentes, puis on multiplie un 2 par gène : 2 × 2 × 2 = 8 pour trois gènes. Les gènes homozygotes ne comptent pas, et le crossing-over ajoute encore d’autres combinaisons.
Deux parents en bonne santé peuvent-ils avoir un enfant atteint d’une maladie génétique ?
Oui, si l’allèle de la maladie est récessif et que les deux parents sont hétérozygotes, porteurs sains : le tableau de croisement donne 1 chance sur 4 à chaque enfant de recevoir deux allèles de la maladie.
Qu’est-ce que la diversité génétique d’une population ?
C’est la variété des allèles qu’elle possède, mesurée par le nombre d’allèles différents et la part d’individus hétérozygotes. Elle baisse dans les petites populations isolées et quand les apparentés se reproduisent entre eux.
Pourquoi protéger la diversité génétique ?
C’est l’un des trois niveaux de la biodiversité et une assurance : face à une maladie nouvelle ou à un changement de climat, une population diverse a plus de chances de compter des individus capables de survivre. On la protège avec des banques de graines, des races anciennes et des corridors.
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