La santé et la survie d’un organisme dépendent de la réplication fiable et précise de l’ADN (acide désoxyribonucléique) et de la division cellulaire ordonnée. Sans une grande fiabilité de ces processus, la survie est remise en question. Cependant, des erreurs occasionnelles se produisent. Quel genre d’erreurs se produisent, qu’est-ce qui les provoque et quels en sont les résultats ?

D’abord, il est important de savoir que la plupart de l’ADN ne fait rien. L’ADN est classé comme « codant » ou « non codant ». L’ADN codant code pour la production d’enzymes et de protéines nécessaires au déroulement des processus indispensables à la vie. L’ADN non codant est semblable à des lettres placées au hasard qui n’ont pas de sens. La raison d’une telle abondance d’ADN non codant est mal comprise, mais sur les 1,5 mètre d’ADN que contient chaque cellule humaine, seul un pouce environ est de l’ADN codant. Les erreurs dans les sections non codantes n’ont aucune conséquence apparente et c’est l’une des théories expliquant pourquoi il y en a tant : il pourrait servir de tampon pour protéger l’ADN codant. Un article précédent de Michigan State University Extension, « Mutants have value too », mentionnait que certaines modifications de l’ADN sont utiles. Cet article traite de la façon dont elles se produisent et donne des exemples de mutations végétales couramment observées.

Les mutations sont dues à des changements survenant au sein de l’ADN lui-même ou dans le processus de réplication/division cellulaire. Les changements au sein de la molécule d’ADN sont appelés « mutations ponctuelles » car ils se produisent dans une petite partie de l’ADN mais peuvent néanmoins avoir un effet significatif parce qu’ils changent le « sens du code. » Les mutations ponctuelles peuvent être dues à des dommages causés par les rayons cosmiques, les produits chimiques et les virus. Elles peuvent également être dues à un stress dû à la chaleur, au froid, à un élagage sévère ou à une erreur de réplication entraînant un déplacement des séquences d’ADN qui n’a plus de sens. De nombreux systèmes biologiques sont des systèmes de type voie de transmission qui nécessitent la formation de produits intermédiaires avant de produire le produit final. Les enzymes contrôlent ces étapes intermédiaires, et l’interruption d’une étape empêche la production du produit final. Par conséquent, plus il y a d’étapes dans la voie, plus le système est vulnérable à un changement éventuel.

Les mutations ponctuelles affectent de nombreux systèmes au sein des plantes. Les plus visuellement spectaculaires sont la couleur ou la forme. La photo 1 montre diverses mutations de couleur d’origine naturelle. La mutation peut affecter une partie d’une fleur, d’un fruit ou d’une feuille, ou une branche entière. Selon le tissu concerné, le changement peut être transmis à la génération suivante par les graines. Elles peuvent également être propagées par greffage ou bouturage. Certaines mutations peuvent être instables et aboutir à la production de sections de la plante qui reviennent à leur état d’origine (Photo 2).

Les mutations ponctuelles des plantes se retrouvent souvent après des conditions environnementales stressantes, notamment le froid. Toutes les cellules d’un organisme contiennent la même information génétique, quel que soit leur emplacement. Certaines cellules forment des racines alors que d’autres forment des fleurs, même si les deux contiennent la même information génétique. Nous ne comprenons pas entièrement ce qui régit ce processus. Cependant, nous savons que les cellules forcées de se reprogrammer vers une fonction différente semblent enclines à faire des erreurs dans le processus. C’est ce qui se produit lorsque les plantes subissent des températures qui tuent les bourgeons. Lorsque les bourgeons végétatifs normaux sont endommagés, la plante forme des bourgeons adventifs qui se transforment en nouvelles pousses. La plupart des cellules se reprogramment avec succès, mais certaines peuvent exprimer des changements. La plupart des changements passent inaperçus et ne sont pas bénéfiques, mais il pourrait y avoir un changement de couleur ou d’habitude de croissance, que nous repérons facilement et que nous trouvons attrayants ou bénéfiques.

Un peu d’explication sur l’anatomie et le développement des plantes peut clarifier l’apparence des mutations. Les structures végétales commencent par une seule cellule. Cette cellule unique se divise pour en faire deux, ces deux se divisent pour en faire quatre, puis quatre se divisent pour en faire huit et ainsi de suite jusqu’à ce que la structure soit complète. C’est pourquoi certaines mutations visuelles semblent tout à fait géométriques. La fleur d’hibiscus de la photo 1 est principalement mi-blanche et mi-rose, ce qui indique que le changement de couleur s’est produit au stade de deux cellules. C’est également ce qui se passe dans un fruit de pomme mi-rouge, mi-jaune.

Pour préparer cet article, j’ai fait une sortie au supermarché local. Comme prévu, j’ai trouvé des mutations. Elles sont faciles à repérer quand on sait ce qu’il faut chercher. La photo 3 montre ce que j’ai trouvé. D’après l’ampleur du changement, le fruit orange à gauche sur les photos 3B et C a apparemment subi une mutation au stade de quatre cellules et celui de droite au stade de 16 cellules. Ces changements visuels peuvent être surprenants lorsqu’ils sont observés car ils ne se produisent pas souvent, mais ils ne sont pas inhabituels une fois que le processus est compris.

Les mutations de la couleur du fruit sont les plus évidentes. Le développement de la couleur est un processus de cheminement avec plusieurs étapes intermédiaires entre le produit initial et le produit final. Les changements de couleur, par conséquent, se produisent assez souvent, en particulier le changement vers moins de couleur. Cependant, de nombreuses pommes rouges ont une couleur améliorée par rapport à l’original parce que les pomiculteurs trouvent des branches uniques avec des fruits très colorés. Les bourgeons de ces membres sont ensuite propagés en arbres entiers.

Un autre type courant de mutation implique l’ajout ou la suppression de chromosomes ou l’ajout d’un ensemble complet de chromosomes. Celles-ci résultent d’erreurs au cours du processus de division cellulaire. Lors d’une division cellulaire normale, les chromosomes s’alignent, se dupliquent, puis sont séparés et répartis de manière égale dans les deux cellules résultantes. Parfois, les chromosomes  » traînent  » et sont laissés en arrière, ce qui entraîne une répartition inégale – une cellule en a plus et l’autre moins. Ces cellules ne se portent souvent pas bien puisque la moitié d’entre elles manquent d’informations nécessaires et que les nombres inégaux entraînent d’autres difficultés de réplication.

Cependant, il arrive que les chromosomes se dupliquent et qu’une nouvelle cellule ne se forme pas. Il en résulte que la cellule d’origine possède un ensemble entier de chromosomes supplémentaires. Ces changements sont assez stables puisqu’ils possèdent l’information nécessaire – juste deux fois plus, et ils ont un nombre égal de chromosomes, ce qui rend la division cellulaire ultérieure régulière. Les cellules résultant de ce changement sont dites polyploïdes (poly = nombreux ; ploïdie = chromosomes). Ce changement peut se produire dans toutes les cellules, mais s’il se produit dans les cellules responsables de la reproduction sexuelle, elles forment des ovules et des grains de pollen qui ont deux fois le nombre normal de chromosomes et les ovules et le pollen qui en résultent sont appelés « gamètes non réduits ».

Si un grain de pollen non réduit se combine avec un ovule non réduit de la même espèce, il a le potentiel de se développer en une toute nouvelle espèce végétale. Ce processus a donné naissance à certaines plantes alimentaires bien connues. Les myrtilles et les fraises font partie d’une série polyploïde, certaines étant diploïdes (situation normale de deux jeux de chromosomes), tétraploïdes (quatre jeux), hexaploïdes (six jeux) et octoploïdes (huit jeux). Les fraises commerciales sont octoploïdes et les myrtilles commerciales sont soit tétraploïdes soit hexaploïdes. On pense que les tétraploïdes, les hexaploïdes et les octoploïdes ont tous pour origine un ancêtre diploïde qui est passé par les étapes et les combinaisons de production de gamètes non réduites. Parmi les autres plantes polyploïdes, citons le blé (tétraploïde ou hexaploïde), l’avoine (hexaploïde), le kiwi (hexaploïde), etc. En fait, 30 à 80 % de toutes les plantes sont des polyploïdes.

Vous remarquerez que tous les niveaux mentionnés sont des nombres pairs-deux, quatre, six, huit etc. Aucun n’était impair-un, trois, cinq, etc. C’est parce que les nombres impairs nous ramènent au problème de la répartition inégale des chromosomes lors de la division cellulaire. Cependant, pour chaque règle il y a une exception, et la pomme de terre a des membres avec deux, trois, quatre et cinq jeux de chromosomes, mais alors la pomme de terre ne dépend pas uniquement de la reproduction sexuée mais peut être propagée par des semences asexuées. Les jeux bizarres existent ou peuvent être fabriqués dans d’autres espèces végétales, et nous en avons tiré parti comme cultures vivrières, car dans de nombreux cas, la répartition inégale des chromosomes entraîne l’absence de graines, comme dans le cas des pastèques et des bananes sans graines. Les plantes vont pousser, mais elles ne produiront pas de progéniture, elles sont stériles et n’ont que des traces de graines.

Les mutations se produisent également au sein des systèmes animaux. Cependant, comme les systèmes animaux sont plus complexes, leur survie n’est pas aussi fiable et les changements ne sont pas aussi spectaculaires. Il existe quelques poissons et amphibiens polyploïdes, mais les mammifères polyploïdes sont rares et il est encore plus rare qu’ils survivent jusqu’à la naissance.