Mutations et variabilité génétique — Exercices

Identifier, analyser, interpréter. Corrigé en fin de document.

⏱ ~25 min✎ Table du code génétique fournie si nécessaire

1Identifier le type de mutation/ 4 pts

On donne la séquence d'un brin d'ADN de référence et trois séquences mutées. Pour chaque séquence mutée, nommer le type de mutation (substitution, insertion ou délétion) et préciser le ou les nucléotides concernés.

Séquence de référence : $\text{5'-A-T-G-C-C-A-T-G-3'}$ (8 nucléotides)
(a) Séquence 1 : $\text{5'-A-T-G-C-C-G-T-G-3'}$
(b) Séquence 2 : $\text{5'-A-T-G-C-C-A-A-T-G-3'}$
(c) Séquence 3 : $\text{5'-A-T-G-C-A-T-G-3'}$

2Conséquence d'une substitution sur la protéine/ 5 pts

On considère le brin matrice d'ADN suivant (sens 3'→5') :

3'-TAC-CGA-GTA-ATT-5'

Table de correspondance (codons ARNm → acides aminés) fournie : AUG = Méthionine (Met) ; GCU = Alanine (Ala) ; CAU = Histidine (His) ; ACU = Thréonine (Thr) ; UAA = STOP ; UAG = STOP.

(a) Écrire la séquence ARNm transcrite à partir de ce brin matrice.
(b) Traduire la séquence ARNm : donner la suite d'acides aminés de la protéine produite (indiquer le STOP).
(c) Une mutation substitue la 1re base du 2e codon du brin matrice (C) par un T. Écrire le nouveau brin matrice et le nouvel ARNm.
(d) Quel effet cette mutation a-t-elle sur la protéine ? Nommer ce type de mutation (silencieuse, faux-sens ou non-sens).

3Mutations germinales et somatiques/ 3 pts

Répondre aux questions suivantes à partir de vos connaissances.

(a) La mucoviscidose est due à une délétion de 3 nucléotides dans le gène CFTR, présente dans toutes les cellules de l'organisme. Expliquer pourquoi cette mutation est présente dans toutes les cellules.
(b) Un patient développe un mélanome à la suite d'expositions répétées aux UV. Cette mutation est-elle présente dans ses gamètes ? Justifier.
(c) Quel type d'agent mutagène est impliqué dans ce mélanome ? Citer un exemple d'agent mutagène d'une catégorie différente.

4Mutations et sélection naturelle/ 4 pts

La drépanocytose est causée par l'allèle $\beta^S$ du gène de la $\beta$-globine. En Afrique centrale (zone à paludisme endémique), la fréquence de cet allèle atteint 15 à 20 %. En Afrique du Sud (sans paludisme), elle est inférieure à 1 %. L'état hétérozygote ($\beta^A/\beta^S$) confère une résistance partielle au paludisme ; l'état homozygote ($\beta^S/\beta^S$) provoque une anémie sévère.

(a) Rappeler ce qu'est un allèle et comment l'allèle $\beta^S$ a pu apparaître.
(b) Expliquer pourquoi l'allèle $\beta^S$, délétère à l'état homozygote, est maintenu à haute fréquence en zone de paludisme.
(c) Conclure : l'effet d'une mutation est-il une propriété absolue ? Justifier à partir de cet exemple.

Corrigé détaillé

1Identifier le type de mutation

(a) Séquence 1 $\text{Position 6 : référence A, séquence 1 : G} \Rightarrow \text{un nucléotide remplacé}$ $\text{Substitution : le nucléotide A en position 6 est remplacé par G.}$

(b) Séquence 2 $\text{Séquence 2 : 9 nucléotides (référence : 8). Un A supplémentaire apparaît en position 7.}$ $\text{Insertion : un nucléotide A est inséré en position 7.}$

(c) Séquence 3 $\text{Séquence 3 : 7 nucléotides (référence : 8). Le C en position 5 a disparu.}$ $\text{Délétion : le nucléotide C en position 5 est supprimé.}$

2Conséquence d'une substitution sur la protéine

(a) ARNm $\text{3'-TAC-CGA-GTA-ATT-5'} \xrightarrow{\text{transcription}} \text{5'-AUG-GCU-CAU-UAA-3'}$ $\text{ARNm : 5'-AUG-GCU-CAU-UAA-3'}$

(b) Traduction $\text{AUG} \to \text{Met} \quad \text{GCU} \to \text{Ala} \quad \text{CAU} \to \text{His} \quad \text{UAA} \to \text{STOP}$ $\text{Protéine : Met-Ala-His (arrêt au codon UAA)}$

(c) Mutation : 1re base du 2e codon C → T $\text{2e codon brin matrice : CGA} \to \text{TGA} \Rightarrow \text{codon ARNm : GCU} \to \text{ACU}$ $\text{Brin matrice muté : 3'-TAC-TGA-GTA-ATT-5'} \quad \text{ARNm : 5'-AUG-ACU-CAU-UAA-3'}$

(d) Type de mutation $\text{GCU (Ala)} \to \text{ACU (Thr) : acides aminés différents} \Rightarrow \text{séquence protéique modifiée}$ $\text{Mutation faux-sens : l'Alanine est remplacée par la Thréonine.}$

3Mutations germinales et somatiques

(a) Mucoviscidose $\text{Si la mutation est dans toutes les cellules, elle était déjà présente dans le zygote (1re cellule de l'organisme).}$ $\text{Il s'agit d'une mutation germinale, survenue dans un gamète parental. Par mitoses successives, toutes les cellules issues du zygote en héritent.}$

(b) Mélanome $\text{Les mélanocytes sont des cellules somatiques ; la mutation n'affecte pas les gamètes.}$ $\text{Non : c'est une mutation somatique. Elle ne peut pas être transmise aux gamètes ni à la descendance.}$

(c) Agent mutagène $\text{Les UV sont un rayonnement : agent mutagène physique.}$ $\text{Agent physique : les UV. Exemple d'une autre catégorie — agent chimique : le benzopyrène (composé du tabac).}$

4Mutations et sélection naturelle

(a) Origine de l'allèle $\text{Un allèle est une version d'un gène, résultant d'une mutation de la séquence nucléotidique.}$ $\text{L'allèle } \beta^S \text{ est apparu par substitution d'un nucléotide dans le gène de la } \beta\text{-globine lors d'une réplication.}$

(b) Maintien à haute fréquence $\beta^A/\beta^S \text{ : résistant au paludisme, survie et reproduction accrues en zone endémique.}$ $\text{L'avantage sélectif de l'hétérozygote en zone de paludisme compense la mortalité des homozygotes } (\beta^S/\beta^S) \text{ : l'allèle se maintient à haute fréquence.}$

(c) Effet absolu ? $\beta^S/\beta^S \text{ : délétère. } \quad \beta^A/\beta^S \text{ en zone de paludisme : avantageux. } \quad \beta^A/\beta^S \text{ sans paludisme : neutre à légèrement défavorable.}$ $\text{Non : l'effet d'une mutation dépend du génotype et de l'environnement. Une même mutation peut être délétère, neutre ou avantageuse selon les conditions.}$