Reproduction asexuée : stabilité génétique et évolution clonale

Une culture de levures. Une seule levure, déposée dans un milieu nutritif, donne une culture de $3\times {10}^7$ cellules. Il a fallu $3\times {10}^7-1$ divisions, soit environ $3\times {10}^7$ : autant de réplications de son génome, et autant d’occasions d’erreur. Toutes ces levures forment un clone de cellules séparées.

Deux clones dans un même organisme. Les globules blancs nés d’une même cellule souche de la moelle forment un clone de cellules séparées, dispersées dans tout le sang. Les cellules d’une même petite zone de l’épiderme, issues d’une même cellule souche de la peau, forment un clone de cellules associées, soudées les unes aux autres.

Lire la figure 1. La mutation m1 apparaît à la génération 1 : elle est dans 4 cellules sur 8, soit ${\displaystyle \frac{1}{2}}$ du clone. La mutation m2 apparaît à la génération 2 dans une cellule qui porte déjà m1 : elle est dans 2 cellules sur 8, soit ${\displaystyle \frac{1}{4}}$, et ces deux cellules portent m1 et m2. Le sous-clone m2 est inclus dans le sous-clone m1.

Un ordre de grandeur (valeurs choisies). Un clone de $2\times {10}^6$ cellules, à raison de 3 mutations par division : environ $2\times {10}^6\times 3=6\times {10}^6$ mutations, dispersées dans des sous-clones différents. Chaque cellule n’en porte qu’une petite partie : celles de sa propre lignée.

Une lignée de cellules en culture (valeurs choisies). Un clone de cellules $(B//b)$ compte ${10}^6$ cellules. Une cellule perd le fragment de chromosome qui porte l’allèle $B$ : ses $5\times {10}^4$ descendantes sont toutes $(-//b)$, soit ${\displaystyle \frac{5\times {10}^4}{{10}^6}}=5\%$ du clone. Aucune ne retrouvera $B$ : il n’existe plus de copie de $B$ dans ce sous-clone, et rien ne vient de l’extérieur.

Une bactérie qui perd un gène. Une bactérie perd par délétion le gène d’une enzyme qui dégrade un sucre. Tant que ce sucre ne sert pas, son sous-clone prospère. Si le milieu change et que ce sucre devient la seule ressource, aucune bactérie de ce sous-clone ne peut le dégrader : la perte, devenue pérenne, se paie dans le nouveau milieu.

Un sous-clone résistant dans une tumeur (valeurs choisies). Une tumeur de ${10}^{10}$ cellules contient une cellule résistante pour ${10}^5$. Avant tout traitement, elle compte déjà ${\displaystyle \frac{{10}^{10}}{{10}^5}}={10}^5$ cellules résistantes. Si le traitement tue toutes les autres, ces ${10}^5$ cellules suffisent à reformer une tumeur.

Un sang normal (valeurs choisies). Sur 1 000 lymphocytes B d’une personne en bonne santé, 640 portent la chaîne κ et 360 la chaîne λ : $640÷360\approx 1,8$. Les deux chaînes sont présentes en proportions voisines de la normale : la population est polyclonale.

L’écrevisse marbrée. Une seule femelle suffit à fonder une population, et toutes ses descendantes sont des femelles qui pondent : la population croît très vite, mais quelques centaines de différences seulement sur 3,5 milliards de paires de bases séparent les animaux de pays différents. C’est une reproduction sans sexualité.

Une paramécie, deux façons de faire. Une paramécie qui se divise en deux fait une reproduction asexuée : une cellule de plus, deux clones de la mère. Deux paramécies qui échangent des noyaux par conjugaison font de la sexualité sans reproduction : toujours deux cellules, mais chacune réunit désormais des noyaux d’origines différentes.