Dérive génétique et effet fondateur

TP : Dérive génétique et effet fondateur. Chapitre 4 

En 1908, Godfrey Harold Hardy et Wilhelm Weinberg  proposent un modèle théorique qui prévoit la stabilité des fréquences relatives des allèles dans les populations eucaryotes à reproduction sexuée. Cette théorie vous sera présentée en enseignement scientifique, on vous fait un rappel ci-dessous.

[pic 1]

Rappel - Principe de Hardy-Weinberg.

Le principe de Hardy-Weinberg porte sur l’existence d’un équilibre des fréquences alléliques et génotypiques au cours des générations, pour une population. Afin que cet équilibre puisse exister cette population doit suivre certains critères bien précis :

• La population doit être de taille infinie (dans la pratique à partir de 1000 individus on peut approximer la taille de la population comme infinie)
• L’espèce dont est issue la population doit être diploïde
• L’espèce dont est issue la population doit avoir une reproduction sexuée
• Les croisements entre les individus au sein de la population doivent se faire au hasard (principe de panmixie)
• Il ne doit pas y avoir de forces évolutives telles que la mutation, la migration ou la sélection en jeu dans cette population.

Dans ces conditions, pour un gène possédant deux allèles différents, les allèles A et a, de fréquences respectives p et q, la loi de Hardy-Weinberg postule que les fréquences des génotypes homozygotes AA, aa et hétérozygote Aa peuvent être estimées comme suit :

• f(AA) = p2
• [pic 2]f(Aa) = 2pq                                                    Pour revoir visionner la magnifique vidéo de Dimitri Bio-Logique :
• f(aa) =q2                                                                                              

Activité : Modélisation du principe d’Hardy-Weinberg

Tester les conclusions de Hardy-Weinberg en utilisant le logiciel « dérive génétique, modèle diploïde » en libre accès sur internet : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/derive-diplo/index.htm[pic 3]

Pour cela, paramétrer le logiciel en respectant les critères indispensables pour que l’équilibre se fasse.

Choisir quatre allèles A1-A2-A3-A4 et observer l’évolution des fréquences alléliques sur 20 générations. Conclure.

Pourtant, l’exploration du génome des espèces actuelles révèle des déviations par rapport à la loi théorique.

On se propose, dans ce TP, d’identifier des facteurs permettant d’expliquer les écarts entre les fréquences observées et celles prédites par le modèle d’Hardy-Weinberg.

Partie 1 : L’évolution aléatoire des fréquences alléliques

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Objectif 1 : Montrer que la fréquence des allèles dans une population peut varier de façon aléatoire notamment dans une population d’effectif limité

Document n°1 - L’expérience de Peter Buri (1956), une expérience historique permettant sa mise en évidence.

Une équipe de scientifiques ont suivi expérimentalement en laboratoire la fréquence de2 allèles bw etbw75d’un même gène qui code pour la couleur des yeux chez la Drosophile.

Il a été montré expérimentalement que ces allèles ne modifient ni la survie, ni la capacité à se reproduire de l’individu qui les possède.

L’expérience est menée sur des populations de drosophiles comportant chacune 16 individus hétérozygotes (bw//bw+) , la fréquence de l’allèle au départ est donc égale à (f= 0,5).[pic 5]

Rappel :        [pic 6]

Les individus se reproduisent pendant19 générations mais on ne conserve que 16 individus (8 mâles, 8 femelles) à chaque génération.

On évalue la fréquence allélique de bw75 à chaque génération grâce à des analyses génétiques. Cette expérience est reproduite 107 fois (voir document projeté au tableau) pour comparer l’évolution de la fréquence de l’allèle à chaque fois, le document ne présente que 6 essais parmi les 107.

Activité –Modélisation de l’influence de la taille de population sur l’évolution de la fréquence d’un allèle (d’un gène non soumis à la sélection naturelle).[pic 7]

Ci-contre, évolution de la fréquence d’un allèle A au cours des générations : chaque couleur correspond à une simulation informatique.

- Lorsque la fréquence de l’allèle est à 100 %, on dit que l’allèle est fixé (tout le monde le possède).

- Lorsque la fréquence de l’allèle est à 0 %, on dit que l’allèle est perdu.

Vous allez tester, grâce au logiciel « Dérive génétique, modèle diploïde », l’effet de la taille de la population dans l’évolution des fréquences alléliques.[pic 8]

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