Dérive génétique

La dérive génétique est l'évolution d'une population ou d'une espèce causée par des phénomènes aléatoires, impossible à prévoir. Du point de vue génétique, c'est la modification de la fréquence d'un allèle, ou d'un génotype, au sein d'une population, indépendamment des mutations, de la sélection naturelle et des migrations. La dérive génétique est causée par des phénomènes aléatoires et imprévisibles, comme par exemple, le hasard des rencontres des spermatozoïdes et des ovules, dans le cas d'une reproduction sexuée.

Les effets de la dérive génétique sont d'autant plus importants que la population est petite, car les écarts observés par rapport aux fréquences alléliques y seront d'autant plus perceptibles. Elle concerne surtout les allèles neutres c’est-à-dire qui ne confèrent ni avantage ni désavantage sélectif, puisque on peut espérer pouvoir ne pas y imputer les écarts observés. La dérive génétique est un des mécanismes majeurs de l'évolution.

Concrètement, dans le cadre d'une reproduction sexuée, un individu qui ne se reproduit qu'une seule fois, ne va transmettre à son descendant que la moitié de ses allèles. C'est au cours du brassage génétique aléatoire, lors de la méiose que vont être transmis certains allèles et pas d'autres. Pour qu'un individu puisse transmettre à coup sûr la totalité de ses allèles, il faudrait que le nombre de descendants tendent vers l'infini. En conséquence, dans toute population, il est statistiquement inévitable que certains allèles (chacune des variantes d'un même gène) ne soient transmis par aucun adulte à leurs descendance. De plus, certains individus n'ont pas de descendance du tout. Le nombre des allèles (la variabilité génétique) se réduit donc. Parmi les allèles « survivants », certains vont voir leur fréquence originelle diminuer ou au contraire augmenter. C'est pour cette raison que le principe de Hardy-Weinberg, repose, entre autres, sur l'hypothèse d'une taille infinie de population. Dans une population de taille infinie, les fréquences génotypiques observées seront égales à leur espérance, puisque l'écart potentiel des tirages à aux fréquences alléliques (variance), est d'autant plus grand que la population est petite.

Du point de vue d'un gène, la dérive génétique conduit à l'augmentation ou la diminution de la fréquence dans la population, de l'une de ses versions ( = allèle), deux exemples concrets, en sont un effet de fondation et une diminution de la diversité génétique.

La population de la région québécoise du Saguenay-Lac-Saint-Jean a une particularité: elle présente certaines maladies génétiques avec des fréquences beaucoup plus élevées qu'ailleurs. Ces maladies sont, par exemple, l'ataxie spastique ou le Syndrome d'Andermann. Cela s'explique, entre autres, par un effet fondateur:

Au XVIIe siècle quelques milliers d'individus colonisent la région, qui aujourd'hui compte 300 000 habitants. Il faut comprendre que suite à ce début de colonisation, peu de colons sont venus s'ajouter au groupe fondateur qui s'est alors reproduit durant un certain nombre d'années sans apport extérieur (encore aujourd'hui, peu de gens viennent s'installer dans cette région par manque d'emploi et elle subit donc un exode partiel de sa population plus jeune). L'étude des généalogies ont prouvé que chacune des maladies n'a été introduite que par un seul pionnier. C'est le hasard qui a fait qu'un pionnier porteur de l'allèle malade se trouvât dans la population fondatrice.

Lorsqu'un nombre réduit d'individus se sépare d'une population plus vaste, pour aller coloniser une île ou un nouveau milieu, ces individus ne vont "emporter" qu'un échantillon d'allèles du pool d'allèles de la population mère, et ce, de manière que l'on suppose aléatoire. La nouvelle population peut donc présenter des fréquences génotypiques fort différentes de la population initiale. Cet écart peut changer radicalement le profil (allélique, génotypique et phénotypique) de la population fondatrice, par rapport à la population initiale.

L'effet fondateur, peut s'il conduit à un isolement reproducteur, c'est-à-dire la cessation d'échange de versions géniques entre l'ensemble des individus de l'espèce, aboutir à une spéciation. L'effet fondateur est donc un puissant moteur de la spéciation allopatrique.

Dans les simulations numériques ci-contre, avec une population de 10 individus, sur les 20 essais :

• 13 essais aboutissent à une disparition de l'allèle (la fréquence atteint 0),
• 5 essais mènent à une « fixation » de l'allèle qui remplace les autres allèles (la fréquence atteint la valeur maximum 1).
• Dans les 3 autres essais tous les allèles sont conservés.

Dans la majorité des cas (18 sur 20 cas), la dérive génétique aboutit donc à une baisse de la diversité génétique ce qui n'est pas favorable à l'adaptation des espèces à un changement du milieu.

Dans une population plus grande (100 individus), un allèle ne se fixe que dans 2 cas sur 20 seulement. La simulation peut être reproduite grâce à ce site. On peut en conclure que, plus une population est petite, et plus les effets de la dérive génétique sont importants, et plus la diversité génétique dans la population sera menacée.

La dérive génétique et la perte de diversité génétique sont des phénomènes naturels, mais ils peuvent être amplifiés par des pratiques artificielles, aboutissant à la réduction des effectifs, par la prédation (chasse) ou une fragmentation du paysage (déforestation, utilisation agricole) ; ou encore la dépression de consanguinité, notamment par effet Allee qui ont pour conséquence de réduire l'effectif de certaines espèces : orang-outang, tigre, Centaurea corymbosa…

En effet l'arrivée d'un nouveau parasite par exemple peut être « supportée » par une population si elle est assez vaste, car il y aura une sélection naturelle des génotypes résistants. Si la population est trop petite, la probabilité qu'il existe un allèle adapté au nouveau facteur de l'environnement est faible. Le risque d'extinction de l'espèce sera important. C'est pourquoi il est nécessaire de maintenir les espèces à l'état sauvage avec des effectifs significatifs, afin d'empêcher les effets délétères de la dérive génétique.