Chapitre 2 — Mutations de l’ADN et variabilité génétique
· Topic 2 : Diversité génétique et histoire humaine · Leçon 2.1
🎯 Objectifs pédagogiques
- Définir la diversité allélique et distinguer SNP et STR.
- Expliquer comment l’empreinte génétique repose sur les STR pour identifier un individu.
- Comprendre comment la distance génétique mesure la parenté entre individus ou populations.
- Relier certains allèles à une sélection naturelle récente :
tolérance au lactose, haute altitude, résistance à la peste. - Construire un argument scientifique en trois temps à partir d’un profil génétique.
🧭 Plan de la leçon
- La diversité allélique : SNPs et STR — les deux grandes familles de variants
- L’empreinte génétique : identifier chaque individu grâce à son ADN
- Mesurer la parenté par comparaison de génomes
- Des allèles sous sélection naturelle récente : lactose, altitude, peste
- L’argument scientifique : le profil génétique est-il vraiment unique ?
1. La diversité allélique : SNPs et STR
🔑 Définitions clés
Diversité allélique : existence, dans une population, de plusieurs versions
(allèles) d’un même gène ou d’une même région de l’ADN. Elle résulte de l’accumulation de
mutations au fil des générations.
SNP (Single Nucleotide Polymorphism, prononcé « snip ») : variation
d’une seule paire de bases entre deux génomes. Exemple : en une position donnée, certains
individus ont A-T, d’autres G-C. C’est la forme de variation la plus fréquente : environ
3 millions de SNPs séparent deux humains quelconques.
STR (Short Tandem Repeats) : courtes séquences (2–6 bases) répétées
en tandem dont le nombre de répétitions varie d’un individu à l’autre. Ex. : le motif
CAGT répété 8 fois chez un individu, 14 fois chez un autre au même locus.
💡 Le saviez-vous ?
Deux humains partagent en moyenne 99,9 % d’ADN identique. Toute la
diversité génétique humaine tient dans seulement 0,1 % du génome — soit environ
3 millions de variants sur 3 milliards de paires de bases. En valeur absolue,
c’est colossal : chaque génome est un objet statistiquement unique.
Ces variants se répartissent sur l’ensemble des chromosomes. La grande majorité se trouve dans
des régions non codantes (introns, régions intergéniques) et n’a pas d’effet direct sur les
protéines. Certains, localisés dans des gènes ou leurs régions régulatrices, modifient
l’expression ou la structure des protéines — ils peuvent alors être soumis à la sélection
naturelle.
Des projets internationaux comme le Projet HapMap puis le
1000 Genomes Project ont cartographié la diversité génétique humaine en
séquençant des milliers de génomes issus de populations du monde entier. Ces catalogues de variants
(SNPs, insertions/délétions) sont accessibles librement dans la base de données
dbSNP du NCBI.
2. L’empreinte génétique : identifier chaque individu
Les STR présentent un fort polymorphisme : à un même locus, on peut trouver jusqu’à
20 allèles différents dans une population (selon le nombre de répétitions). En combinant l’analyse
d’une dizaine de locus STR indépendants, on obtient un profil statistiquement unique pour chaque
individu : c’est l’empreinte génétique.
Protocole en criminologie :
- Prélèvement d’une trace biologique (sang, salive, cellules épithéliales) sur la scène
de crime. - Amplification des fragments STR par PCR (Polymerase Chain Reaction).
- Séparation des fragments par électrophorèse capillaire et lecture automatisée.
- Comparaison du profil obtenu à celui d’un suspect ou interrogation du
FNAEG (fichier national français des empreintes génétiques).
Résultat : si deux profils diffèrent sur un seul locus, l’innocence est établie. Si tous les
locus concordent, la probabilité de confusion entre deux individus non apparentés est inférieure
à 10−10 — soit moins de 1 chance sur un milliard de milliard.
⚠️ Ne pas confondre
Diversité allélique ≠ races biologiques. Les variations génétiques entre
populations humaines (Africains, Européens, Asiatiques…) représentent seulement 10–15 % de
la diversité génétique totale. 85–90 % de la diversité existe à l’intérieur d’une
même population. Un Français et un Nigérian peuvent être génétiquement plus proches l’un de
l’autre que deux Français pris au hasard. La notion de race biologique humaine est
scientifiquement invalide.
3. Mesurer la parenté par comparaison de génomes
La distance génétique entre deux individus se mesure par le nombre de variants
qu’ils ne partagent pas : plus deux individus partagent de variants identiques, plus leur distance
génétique est faible et plus ils sont génétiquement proches.
Quelques repères sur les variants partagés selon le degré de parenté :
- Parent–enfant : ~50 % de variants en commun (l’enfant hérite d’un génome sur deux).
- Frère et sœur : ~50 % en moyenne (entre 37 et 62 % selon les recombinaisons).
- Cousins germains : ~12,5 % de variants partagés en moyenne.
- Individus non apparentés de même population : 99,9 % d’ADN identique, mais profils
STR distincts.
À l’échelle des populations, la diversité génétique est maximale en Afrique
subsaharienne — là où Homo sapiens est le plus ancien — et décroît à mesure
que l’on s’éloigne du continent africain. Cette signature génomique confirme la théorie
de la sortie d’Afrique (voir leçon 2.2).
Des outils bioinformatiques permettent de réaliser ces comparaisons à grande échelle :
BLAST (alignement de séquences), PLINK (analyse de génomes
entiers) ou encore gnomAD (base de données de 125 000 génomes humains
annotés). Des algorithmes de regroupement (clustering) reconstituent ensuite des
arbres phylogénétiques de populations humaines.
4. Des allèles sous sélection naturelle récente
La sélection naturelle n’a pas cessé d’agir sur notre espèce. Certains allèles se sont répandus
dans des populations particulières parce qu’ils offraient un avantage dans un environnement ou un
mode de vie précis. Ces cas de sélection positive récente illustrent l’évolution
humaine en temps quasi-réel.
4.1 Tolérance au lactose — gène LCT
Chez la plupart des mammifères adultes, le gène LCT (codant la lactase) est éteint
après le sevrage. Dans certaines populations — Européens du Nord, Peuls d’Afrique de l’Ouest,
éleveurs arabes — un allèle maintient l’activité de la lactase à l’âge adulte. Cet allèle a été
sélectionné avec l’élevage bovin il y a 7 000–9 000 ans : boire du lait sans troubles digestifs
représentait un apport calorique et calcique décisif, surtout dans les régions peu ensoleillées
où la synthèse de vitamine D est limitée.
4.2 Résistance à la haute altitude — gène EPAS1
Les Tibétains vivent depuis des millénaires au-dessus de 4 000 m d’altitude. Une variante du
gène EPAS1 — qui régule la réponse à l’hypoxie et la production d’hémoglobine — leur
permet une meilleure oxygénation des tissus sans augmentation dangereuse de la viscosité du sang.
Fait remarquable : cette variante serait d’origine dénisovienne, transmise à
Homo sapiens lors de croisements anciens en Asie centrale.
4.3 Résistance à la peste — allèle CCR5-Δ32
L’allèle CCR5-Δ32 (délétion de 32 paires de bases dans le gène CCR5)
confère une résistance partielle à la peste bubonique. Il est nettement plus fréquent en Europe
du Nord (~15 % des individus) qu’en Afrique ou en Asie (<1 %), signature d’une sélection lors
des grandes épidémies médiévales (XIVe siècle, Peste Noire). Cet allèle confère aussi aujourd’hui
une résistance au VIH, car CCR5 est l’un des corécepteurs d’entrée du virus dans les cellules
immunitaires.
5. L’argument scientifique : le profil génétique est-il unique ?
🔬 L’argument scientifique en trois temps
La question : Les données du document permettent-elles d’affirmer que chaque
individu possède un profil génétique unique ?
Les données : Un document présente les profils STR de 5 individus sur
10 locus indépendants. À chaque locus, le nombre de répétitions varie d’un individu à l’autre
(ex. : locus D3S1358 — individu 1 : allèles 15/16 ; individu 2 : 14/17 ; individu 3 : 15/15).
Sur l’ensemble des 10 locus, aucune paire d’individus ne présente un profil identique.
La conclusion : Oui — la combinaison de 10 locus STR produit un profil
statistiquement unique. Même si deux individus peuvent partager le même allèle sur un locus
donné, la probabilité qu’ils aient le même profil sur 10 locus indépendants est inférieure à
10−10 : le profil génétique est considéré comme unique d’un point de vue pratique
et constitue un outil fiable d’identification individuelle.
⚠️ Version courte pour contrôle (< 80 mots)
Question : les profils STR permettent-ils d’identifier chaque individu de façon unique ?
Données : sur 10 locus, aucune paire d’individus ne partage un profil identique.
Conclusion : oui — la combinaison de 10 locus STR produit un profil statistiquement unique
(probabilité de confusion < 10−10 entre deux individus non-jumeaux), ce qui valide
l’utilisation de l’empreinte génétique en identification judiciaire.
🧠 À retenir absolument
- Deux humains partagent 99,9 % de leur ADN ; la diversité repose sur
~3 millions de variants (SNPs, STR, insertions/délétions). - Les STR permettent de construire une empreinte génétique statistiquement unique
pour chaque individu (probabilité de confusion < 10−10). - La distance génétique mesure la parenté entre individus (ou populations)
par le nombre de variants partagés. - Sélection naturelle récente : LCT (lactose, avec l’élevage),
EPAS1 (altitude, probable héritage dénisovien),
CCR5-Δ32 (résistance à la peste puis au VIH). - La variabilité inter-populations (10–15 %) est infime devant la variabilité
intra-population (85–90 %) : les races biologiques humaines n’existent pas.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un SNP et un STR ?
Un SNP est la variation d’une seule base en une position précise du
génome (ex. : A remplacé par G). Un STR est une courte séquence répétée
en tandem dont le nombre de répétitions varie entre individus au même locus. Les SNPs sont
très nombreux (~3 millions entre deux humains) mais peu polymorphes par site (2 à 4 allèles
possibles). Les STR sont moins nombreux mais bien plus polymorphes (jusqu’à 20 allèles
différents par locus), ce qui les rend plus efficaces pour l’identification individuelle.
Deux vrais jumeaux ont-ils la même empreinte génétique ?
Presque. Les vrais jumeaux (monozygotes) naissent avec des génomes quasi identiques.
Des mutations somatiques surviennent cependant au cours du développement embryonnaire et
de la vie, les différenciant légèrement. En pratique, les profils STR classiques ne les
distinguent pas. Pour les différencier, on recourt à des techniques plus fines —
analyse des mutations somatiques accumulées ou des profils de méthylation de l’ADN —
mais ces méthodes ne sont pas utilisées en routine judiciaire.
Pourquoi l’allèle CCR5-Δ32 est-il rarissime en Afrique subsaharienne ?
La peste bubonique (Yersinia pestis) a sévi massivement en Europe médiévale
(XIVe siècle : 30 à 50 % de la population européenne décimée en quelques années). C’est
cette pression de sélection intense qui a favorisé CCR5-Δ32 dans les populations
européennes. En Afrique subsaharienne, la peste était beaucoup moins présente ; cet allèle
n’a donc pas été sélectionné et reste rarissime (<1 % de fréquence allélique).
Peut-on déterminer l’origine géographique d’un individu à partir de son ADN ?
Partiellement. Certains variants sont statistiquement plus fréquents dans certaines
populations (ex. : l’allèle de persistance de la lactase en Europe du Nord ; la variante
EPAS1 chez les Tibétains). Mais aucun variant n’est strictement exclusif d’une population :
il n’existe pas de « gène africain » ou de « gène européen ». La génétique des populations
calcule des probabilités d’appartenance à un groupe, jamais des certitudes absolues.
Ces probabilités peuvent orienter une enquête, mais ne remplacent pas une preuve formelle.
La sélection naturelle s’applique-t-elle encore aux humains aujourd’hui ?
Oui, mais avec des pressions différentes. Des études récentes montrent que certains
variants continuent d’augmenter en fréquence dans les populations modernes (variants liés
à la fécondité, à l’âge de la ménopause ou à la résistance à certaines maladies comme le
VIH). La médecine moderne n’a pas supprimé la sélection naturelle — elle en a changé les
règles, en déplaçant la sélection vers des traits liés à la reproduction plutôt qu’à la
survie. L’évolution humaine n’a pas cessé.