Homozygote

Homozygote se dit d'un gène qui, chez un individu, sera représenté par deux allèles (des variantes de ce gène) identiques.

Par extension, on parlera d'individu homozygote pour ce gène.

En génétique, on parlera de souche pure pour une population se reproduisant identique à elle même, généralement une population où chaque individu possède le même génotype et où chaque gène est homozygote.

L'homozygotie s'oppose à l'hétérozygotie.

Définition

Chez un individu appartenant à une espèce sexuée et diploïde, chaque gène existe en deux exemplaires, l'un hérité du père, et l'autre de la mère.

Au sein d'une population, chaque gène peut exister en un ou plusieurs variants, appelés allèles. Un gène codant la couleur des yeux peut ainsi exister en plusieurs variants codants plusieurs coloris, ou un gène codant une protéine peut exister en plusieurs variants, codants des formes légèrement différentes de la protéine.

L'homozygotie consiste pour un individu à être porteur pour un même gène de deux variants (allèles) similaires. L'homozygotie s'oppose à l'hétérozygotie, qui consiste à avoir pour un même gène deux variants différents. Un individu est toujours homozygote pour certains gènes, et hétérozygote pour d'autres.

Une homozygotie totale sur tous les gènes semble difficile à réaliser dans la nature (il peut en aller différemment en laboratoire), aussi l'homozygotie est-elle toujours relative à un gène donné, non à la totalité. Par extension, on peut cependant parler de l'homozygotie d'une population ou d'un individu, si beaucoup de leurs gènes n'existent qu'en un seul variant.

Les individus homozygotes pour un gène se reproduisant exclusivement entre eux donnent une population de descendants identiques à eux-mêmes en ce qui concerne le caractère considéré (sauf apparition par mutation d'un nouveau variant). On parle alors de lignée pure pour ce caractère.

Origine de l'homozygotie

Une façon d'atteindre une forte homozygotie consiste à croiser entre eux des animaux apparentés, jusqu'à ce que la dérive génétique élimine toute diversité des allèles, au profit d'un variant unique par gène.

L'homozygotie est le produit d'une perte de diversité génétique, et en général d'une forte consanguinité. Elle peut-être obtenue par sélection artificielle, ou de façon naturelle par la fondation d'une population par un groupe d'individus très restreint, porteurs dès l'origine d'une faible diversité de leurs allèles.

Problèmes causés par l'homozygotie

Deux types de problèmes peuvent être produits par une forte homozygotie.

Au plan individuel

Les gènes connaissent sur de nombreuses générations un flux de mutations créant de nouveaux variants, ou allèles.

Les mutations peuvent être récessives (elles ne s'expriment alors qu'en cas d'homozygotie, c'est-à-dire d'existence de la mutation en deux exemplaires au sein du génome de l'individu) ou dominantes (elles s'expriment alors même en cas d'hétérozygotie).

Les mutations à la fois dominantes (transmission autosomique dominante) et dangereuses entraînent rapidement l'échec reproductif (en général par la mort) de leur porteur, et ne sont donc pas ou peu transmises à une descendance (sauf celles s'exprimant à un âge postérieur à la reproduction).

Les mutations récessives (transmission autosomique récessive) et dangereuses apparaissant normalement en un seul exemplaire à l'origine peuvent par contre se transmettre à une descendance de façon dormante, puisqu'elles ne s'expriment pas.

La majorité des mutations dangereuses (maladies génétiques) sont donc récessives : les mutations dangereuses dominantes ont été généralement éliminées par la sélection naturelle. Il faut donc que l'individu soit porteur homozygote (en deux exemplaires identiques) de la mutation pour qu'elle s'exprime.

Une forte homozygotie, souvent produite par la consanguinité, augmente donc le risque de maladies génétiques, non pas en augmentant le nombre des mutations dangereuses, mais en augmentant le risque que les mutations récessives pré-existantes se révèlent. Il s'agit d'un risque statistique, et certaines population animales très consanguines sont connues pour n'exprimer aucune maladie génétique (Hamsters dorés domestiques, par exemple, qui descendent d'une seule femelle des années 1930). Soit les mutations délétères n'existaient pas au sein de la population fondatrice, soit elles ont été éliminées par la dérive génétique et la purge génétique (la mort de tous les porteurs de mutations récessives dangereuses après une forte expression de celles-ci).

Au sein d'une population

Quand une population est homozygote pour beaucoup de ses gènes (donc généralement fortement consanguine), elle est considérée comme désavantagée pour une série de raisons.

Bon nombre d'individus expriment des maladies génétiques et ont peu ou pas de descendance. Ce qui réduit à chaque génération le nombre des reproducteurs.

Même indépendamment des maladies génétiques récessives potentielles, il est généralement considéré que la perte de diversité génétique, et donc la forte homogénéité génétique d'une population réduit les possibilités de celle-ci à s'adapter à des variations d'environnement.

Ainsi par exemple, les chances pour certains de résister à une nouvelle maladie sont meilleures au sein d'une population ayant une forte diversité génétique. À l'inverse, des individus dont les organismes fonctionnent de façon très homogène risquent d'avoir tous la même réaction à cette maladie. Si celle-ci est dangereuse, le taux de survie risque d'être nul ou faible.

Avantages attendus de l'homozygotie

Dans le cadre de sa domestication d'espèces animales ou végétales, l'Homme a délibérément cherché à renforcer l'homozygotie de nombreux gènes au sein de nombreuses lignées, de façon à ce que tous les descendants de cette lignée expriment sans exception le caractère désiré.

Il s'agit à l'origine de sélection artificielle à vocation agricole. La domestication du blé est ainsi passée par la fixation homozygote au sein des populations cultivées des allèles empêchant le grain de tomber de la tige après sa maturité. Dans la nature, de tels gènes empêchent le grain de re-semer naturellement, et donc empêchent la reproduction de l'espèce. Dans un champ cultivé, ce caractère est par contre obligatoire pour permettre une récolte, les grains tombés étant rapidement attaqués par les insectes ou animaux granivores, gâtés par l'humidité du sol, ou germant.

De nombreux autres caractères rares ou inexistants dans la nature ont également été fixés au sein de « lignées pures » homozygotes : poils des moutons domestiques, réduction de la taille des bovins domestiques (par rapport à Bos primigenius, l'aurochs originel), etc...

Sans rapport direct avec l'agriculture utilitaire, des recherches de fortes homozygoties sont aussi mises en œuvre par les sélectionneurs de plantes ou d'animaux récréatifs : fleurs pour jardin, animaux de compagnies,.... Toutes ces plantes et animaux sont généralement fortement homozygotes, souvent sélectionnés à partir d'une petit nombre d'individus fondateurs, porteurs exceptionnels de caractères (coloris ou formes) intéressant le sélectionneur. Afin d'obtenir une lignée dont tous les membres expriment ces caractères, des reproductions consanguines sont généralement entreprises pour « fixer » ces caractères, c'est-à-dire pour les rendre homozygotes. Tous les descendant ne pourront donc plus exprimer pour ce gène que cet unique variant, tous les autres ayant été éliminé par sélection de la lignée.

En recherche médicale, on utilise des lignées pures de souris obtenues par un grand nombre de reproductions consanguines, dont on estime qu’elles sont quasi homozygotes sur la totalité de leur génome. Dès lors, les individus issus de ces lignées deviennent des quasi clones les un des autres (clones au sens de similitude génétique), malgré une reproduction sexuée. Chaque reproducteur partageant un seul allèle par gène avec les autres reproducteurs transmettra en effet à sa descendance uniquement cet allèle, et ce pour la quasi totalité de ses gènes. L'intérêt de cette homozygotie massive est de pouvoir tester des traitements ou produits sur des animaux dont la réaction sera quasi similaire, ce qui facilite les analyses statistiques de résultats.

Utilisation du terme

Le terme porteur homozygote s'utilise autant en physiologie qu'en pathologie.

Exemple en physiologie

• Le phénotype groupe Rhésus des groupes sanguins est soit positif soit négatif. L'allèle négatif étant récessif, le phénotype rhésus négatif correspond à deux allèles négatifs. En cas de grossesse chez une femme rhésus négatif avec un procréateur rhésus négatif, les enfants seront tous rhésus négatifs.

Exemple en pathologie

• En cas de maladie à transmission autosomique dominante, la personne malade est soit homozygote (ce qui est très rare) soit hétérozygote. Ce deuxième cas est le plus fréquent, puisque l'existence d'un seul allèle pathologique suffit à provoquer la maladie.
• En cas de maladie à transmission autosomique récessive, la personne malade est toujours homozygote, puisqu'il faut obligatoirement deux allèles identiques pour que la maladie s'exprime..

Sources

• Portail de la biologie cellulaire et moléculaire