L’apparition des mutations

Au cours du cycle cellulaire, l’ADN peut être endommagé, ce qui peut parfois modifier le patrimoine génétique.

I. Modifications et réparation de l’ADN

Lors de la réplication, des erreurs (ex. : mauvais appariement) peuvent survenir lors de l’action de l’ADN polymérase. Cette enzyme en corrige la plupart directement : elle peut « relire » le nucléotide qui vient d’être ajouté et le retirer en cas d’erreur, avant de se déplacer sur le nucléotide suivant.

Doc1 L’ADN polymérase corrige ses erreursDoc2 Réparation par excision de nucléotides

Le taux d’erreur passe de 10^–5 (1 erreur pour 10⁵ nucléotides) à 10^–7 après relecture, ce qui est faible vu la vitesse de réplication.

D’autres lésions, pouvant modifier la séquence, peuvent survenir n’importe quand : les nucléotides peuvent être modifiés sous l’effet d’autres molécules de la cellule, conduisant à des appariements incorrects entre nucléotides ou à des cassures de l’ADN.

La cellule possède des mécanismes de réparation, qui reposent sur l’action d’enzymes détectant et corrigeant les lésions. Ces systèmes sont efficaces, puisque, après leur action, le taux d’erreur n’est plus que de 10^–9 à 10^–10.

II. Les mutations induites par l’environnement

Si la réparation est incorrecte, l’erreur constitue une mutation qui est transmise à la génération cellulaire suivante, lors de la prochaine division.

Les mutations peuvent aussi être induites par certains facteurs environnementaux, tels les UV (formation de liaisons TT, TC ou CC), les rayons ionisants (­cassure de l’ADN), des produits chimiques, des virus, etc.

Ces facteurs, lorsqu’ils sont présents, augmentent le taux de mutations spontanées. On les qualifie d’agents mutagènes.

Méthode

Quantifier l’action mutagène d’un facteur de l’environnement

Des levures Ade2 sont exposées plus ou moins longtemps aux UV.

Montrer que les UV sont des agents mutagènes et quantifier leur action.

Doc1 Résultats d’une exposition des levures Ade2 aux UV

Ade2 est une levure donnant des colonies rouges. Après mutation, les colonies peuvent redevenir blanches (comme les levures usuelles). À t = 0 s, on compte environ 500 colonies rouges et 10 blanches.

Conseils

Étape 1 Identifier les populations mutées et les populations non mutées.

Étape 2 Calculer pour chaque situation le taux de mutation et le taux de survie (car l’accumulation de mutations peut entraîner la mort des cellules).

Étape 3 Étudier l’évolution de ces taux selon les conditions et conclure.

Solution

Étape 1 Les colonies mutées sont blanches, les autres rouges.

Étape 2 Le taux de mutation est égal au nombre de colonies blanches divisé par le nombre total de colonies (rouges + banches). Le taux de survie correspond au rapport entre le nombre de colonies formées en présence d’UV et sans UV. Les résultats sont donnés dans le tableau suivant.

Doc2 Taux de mutation et de survie selon les situations

Étape 3 Si l’exposition aux UV se prolonge, le taux de mutation augmente et le taux de survie diminue : ainsi, quand cette durée passe de 45 à 80 s, le taux de mutation double et le taux de survie est divisé par 6. Les UV sont donc des agents mutagènes, potentiellement létaux (= mortels).

À noter

Comme peu de colonies survivent longtemps aux UV, elles se disputent moins les ressources et se développent mieux, d’où leur taille plus importante.