- Recombinaison genetique
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Recombinaison génétique
Pour les articles homonymes, voir recombinaison.Les mécanismes de
l'évolution biologiqueMécanismes non aléatoires:
Mécanismes aléatoires:
- mutation génétique
- recombinaison
Dynamiques évolutionnaires :
La définition historique, et retenue par le Journal officiel de la République française, considère la recombinaison génétique comme « le phénomène conduisant à l'apparition, dans une cellule ou dans un individu, de gènes ou de caractères héréditaires dans une association différente de celle observée chez les cellules ou individus parentaux »[1].
Cette définition recouvre deux processus complémentaire que sont les brassages intra et interchromosomique, et est toujours la définition utilisée en génétique, génétique des populations ou virologie, et peut être considérée comme synonyme de brassage génétique.
Cependant le développement de la biologie moléculaire a mené vers une interprétation différente de cette définition par une partie de la communauté scientifique. En biologie moléculaire le terme recombinaison génétique sera souvent utilisé comme synonyme de la recombinaison de l'ADN, c'est-à-dire les processus par lesquels une molécule d'ADN (ou d'ARN) est coupée, puis jointe à une autre[2].
Les recombinaisons génétiques provoquées artificiellement sont également un outil essentiel en biologie moléculaire et génie génétique.
En générant de nouvelles combinaisons génétiques, les recombinaisons naturelles sont un des mécanismes à l'origine de la diversité d'une population. Ce brassage génétique, facilité par la reproduction sexuée, est un des mécanismes essentiels de l'évolution des espèces.
Sommaire
La recombinaison génétique selon la définition canonique
La recombinaison génétique implique le réarrangement entre deux molécules d'acides nucléiques différentes, créant ainsi deux nouvelles combinaisons génétiques
La recombinaison génétique est un échange d'information génétique entre deux génomes différents ou bien entre deux chromosomes. Il s'agit en général d'un échange entre fragments d'ADN. Mais chez certains virus comme celui de la grippe, il s'agit d'échange d'ARN. Cela permet de créer de nouvelles combinaisons génétiques donc des génomes nouveaux .
La recombinaison est un phénomène naturel et universel dans le monde vivant, et c'est un des facteurs essentiels permettant de maintenir la diversité génétique dans une population.
La formation de nouvelles combinaisons génétiques assure le brassage génétique et le maintien de la diversité génétique dans une population, ce qui augmente la possibilité pour une espèce de s'adapter à une modification de l'environnement. La recombinaison est donc l'un des processus essentiels de l'évolution des espèces.- Chez les eucaryotes, elle se produit lors de la reproduction sexuée, grâce à la méiose, quand se forment les gamètes, et grâce à la fécondation.
- Chez les procaryotes (bactéries), elle se produit grâce à la conjugaison bactérienne, la transformation bactérienne, ou la transduction bactérienne.
- Chez les virus, la recombinaison peut avoir lieu au sein des cellules infectées par 2 virus différents. L'apparition du nouveau virus H5N1 est par exemple, le résultat de recombinaisons génétiques.
Du fait du coût lié à la synthèse des enzymes nécessaires au processus, la maintenance de la recombinaison est nécessairement associée à un avantage évolutif. L'hypothèse la plus probable, du moins chez les eucaryotes, est liée à l'amélioration du brassage génétique au cours de la reproduction sexuée. En l'absence de recombinaison, les chromosomes seraient redistribués aléatoirement au cours de la méiose, mais les gènes liés sur le même chromosome resteraient toujours associés. La recombinaison, en permettant le réassortiment des haplotypes, permet de diminuer le déséquilibre de liaison et de créer de nouvelles combinaisons, augmentant ainsi la diversité génétique au sein de la population. L'évolution de la fonction de recombinaison se heurte néanmoins aux mêmes obstacles théoriques que l'évolution de la reproduction sexuée, et n'est susceptible de se produire que dans des conditions démographiques (taille de population) et génétiques (importance et directionalité des interactions génétiques) spécifiques, et pas encore clairement élucidées[3],[4].
La recombinaison génétique chez les eucaryotes
Un enfant est le résultat de recombinaisons génétiques entre les génomes de ses parents biologiques.Chez les espèces eucaryotes, le brassage génétique intervient au cours de la reproduction sexuée des espèces. Chaque individu possède deux allèles différents de chaque gène s'il est hétérozygote pour ces allèles (sinon on dit qu'il est homozygote). Lors d'une reproduction sexuée, le nouvel individu va hériter, pour chaque gène, d'un des deux allèles de son premier parent - sélectionné aléatoirement - et d'un des deux allèles de son autre parent.
Le patrimoine génétique du nouvel individu est donc ainsi composé aléatoirement d'une partie du patrimoine de chacun de ses deux parents. Ceci permet au matériel génétique de se répandre au sein de l'espèce.Il existe deux principaux types de brassage génétique, qui ont lieu lors de la méiose:
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- Les recombinaisons intra-chromosomiques
Les deux chromosomes d'une même paire portent des allèles différents à un certains nombres de locus. Au cours de la prophase de 1re division méiotique, les chromosomes homologues s'apparient et s'enchevêtrent au niveau des chiasmas. Il se produit des échanges de segments entre ces chromosomes. Ce phénomène est l'enjambement : un allèle d'un chromosome peut être échangé avec l'allèle porté par le chromosome homologue. Tous les gênes situés sur une paire de chromosomes peuvent être « brassés » grâce à l'enjambement ce qui modifie l'association d'allèles portés par chacun des chromosomes. Ce brassage entre allèles d'une paire homologues est qualifiée d'intrachromosomique. Un chromosome comporte en moyenne 1000 gènes, alors il y aurait théoriquement 21000 possibilités ! Mais ce calcul ne prend pas en compte les probabilités relatives au nombre de chevauchements possibles sur un même chromosome : il n'y en a en moyenne que de 1 à 5 par chromosome.
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- Les recombinaisons inter-chromosomiques
Elles ont lieu en anaphase ou lorsque la cellule se sépare en deux, il y a une séparation aléatoire des chromosomes: si par exemple il y a deux paires de chromosomes noté A et B et 1 et 2 il existe 4 possibilités soit A avec 1, B et 1, B et 2 ou A et 2. Chez l'homme et la femme il y a 23 paires de chromosomes, ce qui fait 223 possibilités soit plus de 8 millions.
- La dernière étape du brassage génétique est la fécondation: la rencontre au hasard des gamètes. Elle multiplie encore plus les possibilités, soit dans notre exemple 8 millions X 8 millions = 64 mille milliards.
Donc le brassage interchromosomique et la fécondation apportent plus de 246 combinaisons génétiques et donc de descendants différents, si on exclut les cas de forte consanguinité.
La recombinaison chez les bactéries (procaryotes)
Il y a 3 mécanismes possibles , il s'agit de:
Chez les virus
Article détaillé : recombinaison virale.L'apparition de nouveau virus ( H5N1 ) est aussi un exemple de recombinaison génétique.
Intérêts économique et médical
Les recombinaisons génétiques ont donc pour effet de créer des variétés nouvelles d'animaux ou de végétaux pouvant être intéressantes en agriculture. Ces variétés recombinées peuvent être obtenus par croisement naturel, croisement artificiel.
On peut aussi provoquer des recombinaisons génétiques par le biais de technologies de biologie moléculaire et de manipulation de l'ADN. On parle alors d'un OGM.
La recombinaison au niveau moléculaire
Celle-ci nécessite la présence de séquences homologues entre deux régions de l'ADN.
- Modèle de Holliday
Le complexe RecBCD déroule l'ADN et coupe un brin à proximité d'un site chi. Une extrémité simple brin est produite et va envahir la molécule homologue. La protéine RecA va alors se charger de rechercher une séquence homologue : elle se fixe sur le simple brin avec SSB et réunit les deux séquences. La formation d'un hétéroduplex se termine par l'action de la ligase. Il se produit ensuite une rotation de l'hétéroduplex conduisant à la formation de la jonction de Holliday. Sous l'action de la protéine RuvAB, cette jonction va migrer et va être coupée (résolution) grâce à RuvC. Il y a deux coupures possibles conduisant soit à un enjambement (recombinaison entre allèles), soit à une zone hétéroduplex (la probabilité de survenue est identique).
Complexe Rad51 : rôle de la protéine RecA.
La recombinaison homologue
Le terme recombinaison homologue, correspond à un évènement de recombinaison génétique entre deux séquences identiques situées sur 2 molécules d'ADN différentes, ou distantes l'une de l'autre sur la même molécule. Ce processus est très fréquent chez la levure et donc largement utilisé comme outil de biologie moléculaire dans ce cas.
La recombinaison illégitime
La recombinaison site-spécifique
-Etape de reconnaissance guidé par une enzyme de recombinaison. -L'appariement entre les deux molécules en cours de recombinaison n'est pas épigé. -L'enzyme de recombinaison reconnait des séquences nucléotidiques spécifiques.
Voir aussi
- ADN recombinant
- Transposition
- Recombinaison virale
- Brassage génétique
- Liaison génétique
- centiMorgan
- daltonisme
Notes
- ↑ Journal officiel de la République française du 22 septembre 2000, Répertoire terminologique 2000
- ↑ Biologie cellulaire et moléculaire, de Gerald Karp, 2007, publié par De Boeck Université, ISBN =2804145379, 9782804145378
- ↑ de Visser JA, Elena SF. The evolution of sex: empirical insights into the roles of epistasis and drift. Nat Rev Genet. 2007 139-149.
- ↑ Agrawal AF. Evolution of sex: why do organisms shuffle their genotypes? Curr Biol. 2006 R696-704.
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