Les mutations sont l’ingrédient brut de l’évolution, fournissant des variations qui rendent parfois un organisme plus efficace dans son environnement. Mais on s’attend à ce que la plupart des mutations soient neutres et n’aient aucun impact sur la forme physique d’un organisme. Ceux-ci peuvent être incroyablement utiles car ces changements accidentels nous aident à suivre les relations évolutives sans nous soucier de la sélection pour ou contre la mutation affectant sa fréquence. Tous les tests d’ascendance génétique, par exemple, reposent fortement sur le suivi de la présence de ces mutations neutres.
Mais cette semaine, un article a fourni la preuve qu’une catégorie importante de mutations n’est pas aussi neutre que nous le pensions. La grande mise en garde est que l’étude a été réalisée sur la levure, qui est un organisme étrange à plusieurs égards, nous devrons donc voir si les résultats sont valables pour d’autres.
Vrai neutre ?
L’une des raisons pour lesquelles la plupart des mutations sont neutres est que la majeure partie de notre ADN ne semble rien faire d’utile. Seuls quelques pour cent du génome humain sont composés de la portion de gènes qui codent pour les protéines, et seule une partie de l’ADN voisin est impliquée dans le contrôle de l’activité de ces gènes. En dehors de ces régions, les mutations ne font pas grand-chose, soit parce que l’ADN n’y a pas de fonction, soit parce que la fonction n’est pas très sensible à la présence d’une séquence précise de bases dans l’ADN.
Mais même dans les parties des gènes qui codent pour les protéines, la séquence précise ne devrait pas avoir beaucoup d’importance. L’acide aminé de chaque protéine est codé par une combinaison de trois bases dans l’ADN. Cela signifie qu’il existe 64 codes possibles pour les acides aminés, mais nous n’utilisons que 20 acides aminés différents. En conséquence, il y a beaucoup de redondance dans le code génétique. Par exemple, la série de bases ACG code pour l’acide aminé thréonine. Tout comme la série ACA. Et ACC. Au total, quatre codes différents vous donneront de la thréonine.
L’essentiel à noter est que les quatre codes commencent par AC. Si vous avez une mutation dans l’une de ces deux bases, vous n’obtenez plus de thréonine. Mais si vous obtenez une mutation en troisième position, cela n’a pas d’importance – quoi que vous changiez de base, vous obtenez toujours de la thréonine. Cela devrait être une mutation complètement neutre. Et les chercheurs ont utilisé l’hypothèse qu’il est neutre pour les aider à suivre l’évolution des protéines.
C’est l’hypothèse que le nouveau document a mise à l’épreuve.
Faire toutes les mutations
Pour tester les mutations neutres, les chercheurs sont partis d’un panel de 21 gènes de levure, choisis en partie parce qu’ils sont impliqués dans une grande variété d’activités cellulaires. L’autre partie derrière leur choix est que l’élimination de ces gènes ne tue pas la levure mais la rend moins saine. Cela devrait faciliter la détection des effets partiels, où la mutation rend la levure moins saine.
Dans ce tronçon, les chercheurs ont choisi un tronçon de 150 bases dans l’ADN et ont créé toutes les mutations possibles, en utilisant l’édition d’ADN pour créer une souche de levure portant la mutation. Cela représente un total de plus de 9 000 souches de levure individuelles, certaines porteuses de mutations qui modifieront la séquence d’acides aminés et d’autres porteuses de mutations que l’on s’attendrait à ce qu’elles soient neutres. Mais bien sûr, cela impliquait des travaux de laboratoire, où les choses ne fonctionnaient pas pour des raisons aléatoires et inconnues, de sorte que les chercheurs ont dû se contenter de tester environ 8 300 souches de levure mutantes.
Le test était assez simple. Jetez un nombre égal de levures normales et mutantes dans un flacon et laissez-les pousser un peu. Ensuite, échantillonnez la population et vérifiez les niveaux relatifs de levure normale et mutante. Si la mutation réduisait l’aptitude, vous verriez plus de levure normale lorsque vous prélèveriez le flacon.
C’était vrai pour les mutations qui ont changé un acide aminé. Celles-ci ont vu leur aptitude relative baisser un peu, mais pas beaucoup (leur aptitude était de 0,988 celle de la levure normale). Mais les mutations neutres n’étaient pas particulièrement différentes – elles ont également réduit l’aptitude de la levure d’une infime quantité par rapport à une souche normale. En effet, les mutations qui ne modifiaient aucun acide aminé étaient, en moyenne, impossibles à distinguer de celles qui le faisaient. Au-delà de cette moyenne, vous pourriez voir une légère différence. Il y avait plus de mutations modifiant les acides aminés qui avaient un effet délétère plus fort sur la condition physique, et plus neutres qui avaient un effet minimal. Mais il est clair que, dans l’ensemble, la classe censée être neutre ne l’était pas.