Brassage génétique et diversification des génomes
Brassage génétique et diversification des génomes
Des individus dans une espèce se ressemblent entre eux et ressemblent à leurs parents ; ils sont pourtant originaux. Voyons comment cela est possible.
1. La reproduction sexuée et la stabilité de l'espèce
Les cellules somatiques contiennent des chromosomes homologues associés par paires. Elles sont donc diploïdes à 2n chromosomes où n est égal au nombre de paires. Les gamètes ou cellules reproductrices dites germinales ne renferment qu'un seul lot de chromosomes et sont décrites à n chromosomes ou haploïdes. Au sein d'une espèce, n reste identique chez tous les individus.
Dans une espèce, on appelle cycle de développement l'enchaînement des phases de la vie des individus entre la naissance et leur reproduction. Quelle que soit l'espèce animale à reproduction sexuée étudiée, il y a maintien du caryotype des cellules somatiques et germinales entre générations.
L'alternance de la fécondation et de la méiose assure cette stabilité. La fécondation permet la transition de la phase haploïde à la phase diploïde et la méiose permet l'inverse.
2. La méiose
Les mécanismes de ce processus biologique permettent d'obtenir quatre cellules-filles haploïdes à partir d'une cellule-mère diploïde.
La réplication de l'ADN permet de déclencher la première phase de division méiotique, au cours de laquelle on observe une association des chromosomes homologues de chaque paire, qui se rapprochent de façon étroite puis se séparent dans deux cellules-filles (prophase I, métaphase I, anaphase I et télophase I).
La seconde division de méiose permet, sans nouvelle réplication, de séparer chaque chromosome au niveau d'une chromatide dans les quatre cellules-filles finales qui deviendront des gamètes (prophase II, métaphase II, anaphase II et télophase II).
3. Remaniements chromosomiques lors de la méiose
Les chromosomes appariés en prophase I montrent des chromatides enchevêtrées qui forment des figures en croix appelées chiasmas. C'est au niveau de ces chiasmas que des échanges de morceaux de chromatides peuvent se réaliser entre chromosomes homologues ; on nomme cet enjambement le crossing-over.
Dans cette nouvelle association des chromatides des combinaisons nouvelles d'allèles apparaissent : les remaniements intrachromosomiques. Si l'individu est hétérozygote pour deux gènes appartenant au même chromosome, le crossing-over est responsable de la création de gamètes recombinés, que l'on met en évidence par un croisement-test (l'individu étudié est croisé avec un individu homozygote pour les allèles récessifs des deux gènes observés).
Le résultat donne, avec les gamètes recombinés en proportion minoritaire, des descendants dont le phénotype est différent des parents.
4. Le brassage génétique pendant la méiose
En anaphase I de méiose, chaque chromosome d'une paire d'homologues va migrer de façon aléatoire et indépendante pour chaque paire vers l'un ou vers l'autre pôle cellulaire. C'est le brassage interchromosomique.
Là encore, un croisement-test entre un parent hétérozygote pour 2 gènes portés par des chromosomes différents et un parent homozygote pour des allèles récessifs de ces gènes montre le brassage interchromosomique, car on observe dans la descendance des combinaisons chromosomiques qui n'étaient pas présentes chez les parents.
Les différents phénotypes des descendants sont en quantités équivalentes et cela montre le caractère aléatoire de la migration des chromosomes homologues. Les remaniements intrachromosomiques de la prophase I et le brassage interchromosomique de l'anaphase I permettent la création d'une infinie diversité de gamètes.
5. Fécondation et brassage génétique
La fécondation est la fusion des noyaux haploïdes mâles et femelles (pronuclei) lors de la rencontre des gamètes des deux sexes. Le résultat donne un zygote qui se divise immédiatement par mitose pour donner un embryon pluricellulaire.
Le zygote renferme un matériel génétique dont la combinaison est inédite car elle résulte d'un assemblage aléatoire de deux matériels génétiques eux aussi aléatoires tirés au sort lors de la rencontre. Le zygote est le témoin d'une diversité génétique quasi-infinie dans une espèce.
6. Erreurs lors de la méiose
En prophase I de méiose, des appariements incorrects se réalisent quelquefois si le chromosome possède plusieurs fois la même séquence. Des crossing-over inégaux (voir schéma) peuvent se réaliser alors entre deux chromosomes homologues. Une chromatide perd alors du matériel génétique quand l'autre en gagne.
Une telle opération anormale provoque la duplication de gènes et les différentes copies développent des mutations au cours des temps qui sont à l'origine de l'apparition de nouveaux allèles. L'évolution peut ainsi construire des familles multigéniques qui contribuent à la diversification du vivant.
L'erreur peut être bénéfique à long terme. De même, il peut se produire une anomalie lors de la migration des chromosomes pendant les anaphases I et II de la méiose. Le gamète obtenu renferme alors une quantité anormale de chromosomes qui participera à l'obtention d'un caryotype anormal responsable de troubles chez l'individu.
