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Le brassage génétique et la diversité des génomes (Vocabulaire (Cellule…
Le brassage génétique et la diversité des génomes
Introduction
Un caryotype de cellules humaines standards est constitué de 23 paires de chromosomes. Si il n'y a pas d'anomalies chromosomiques ce nombre n'évolue pas au cours des générations. On dit que la reproduction sexuée conserve les caryotypes. En revanche, elle est à l'origine de la diversité des phénotypes.
Comment la méiose permet une telle diversité tout en gardant intact le nombre de nos chromosomes?
Autre idée
Au cours du cycle de développement d’un être vivant, les phases haploïdes et diploïdes se
succèdent. Le passage d’une phase à une autre correspond à des processus de la
reproduction sexuée. La méiose permet le passage de la phase diploïde à la phase
haploïde. Elle produit 4 cellules haploïdes à chromosomes simples (gamètes) à partir
d’une cellule diploïde à chromosomes doubles.
La stabilité du caryotype d'une espèce
Observation cellule somatique montre que chromosomes sont regroupés par paires de même type (taille, position du centromère, disposition bandes de coloration)
= chromosomes homologues : portent la même série de gène mais pas forcément les mêmes allèles
= cellule diploïde (caryotype noté 2n)
Les gamètes (spermatozoïdes et ovules) sont haploïdes (n)
Méiose = processus qui permet de produire de telles cellules haploïdes à partir d'une cellule diploïde
Elle se produit dans les cellules germinales
La fécondation réunit 2 cellules haploïdes pour former la cellule-œuf diploïde
Méiose + fécondation se succèdent et garantissent, sauf accident, la stabilité du caryotype d'une génération à la suivante
Vocabulaire
Cellule somatique
Cellule non sexuelle
Cellule diploïde
Elle possède 2 exemplaires de l'info génétique
2n
n étant le type de nombre de chromosomes différents
Haploïde
un seul exemplaire de chaque type chromosomique
Cellules germinales
Ovaires et testicules
Crossing-over
Echange d'allèles d'un chromosomes avec allèles portés par le chromosome homologue
Pronucléus
2 noyaux haploïdes, mâle et femelle
Hétérozygote
Individu qui, pour un gène donné, possède deux allèles différents de ce gène
Homozygote
Individu, qui pour un gène donné, possède deux allèles identiques de ce gène
Déroulement de la méiose
Méiose constituée de 2 divisions cellulaires successives, précédée d'une phase de réplication de l'ADN
Début méiose chaque chromosome est double (2 chromatides identiques)
1ère division méiose composée de 4 phases de toute division cellulaire mais présente particularités importantes
Prophase
Disparition enveloppe nucléaire, condensation des chromosomes. Rapprochement des chromosomes homologues qui s'accolent et s'entrelacent plus ou moins constituant ainsi n paires de chromosomes homologues (= bivalents). Cet appariement est déterminant.
Métaphase
Bivalents se placent au niveau du pôle équatorial de la cellule.
Anaphase
Tirés par les fibres du fuseau de division les chromosomes se disjoignent. Un lot haploïde de chromosomes doubles migre vers un pôle de la cellule et un autre vers le pôle opposé.
Télophase
2 cellules filles se forment par partage du cytoplasme de la cellule-mère contenant chacune n chromosomes doubles.
1ère division = réductionnelle car diminue de moitié le nombre de chromosomes
2nde division se déroule à la suite : pas de réplication d'ADN car chaque chromosome est resté dupliqué
2nde division = équationnelle car pour chaque cellule à n chromosomes doubles elle produit deux cellules à n chromosomes simples (à 1 chromatide)
Méiose produit donc 4 cellules filles haploïdes (gamètes) à partir d'une cellule-mère diploïde.
Méiose, siège d'un double brassage génétique
Brassage intrachromosomique
Lors de la prophase 1 : échanges de portions de chromatides se produisent entre chromosomes homologues d'une même paire, au moment où ils sont accolés
Crossing-over =
Association des allèles portés par chacun des chromosomes homologues modifiés par ce brassage génétique intrachromosomique
Augmentation considérable des gamètes produits
Brassage interchromosomique
Lors de l'anaphase 1 : 2 chromosomes de chaque paires se séparent, les couples d'allèles correspondant se disjoignent. Un chromosome d'une paire peut être associé avec l'un ou l'autre des chromosomes composant une seconde paire. Ces disjonctions se produisent aléatoirement et indépendamment pour toutes les paires.
Brassage génétique interchromosomique (très nombreuse distribution des chromosomes de la cellule-mère) =
Nombre de garnitures différentes pour les gamètes issus d'une seule cellule diploïde est de 2n
Diversité considérable car un même individu peut produire 8 millions de spermatozoïdes ou d'ovules génétiquement différents
Ce brassage interchromosomique s'applique à des chromosomes préalablement remaniés par le brassage intrachromosomique. Nombre réel de gamètes génétiquement différents produits par un individu est beaucoup plus important
Fécondation : source de diversité génétique supplémentaire
Elle se déroule selon le même scénario chez la plupart des animaux.
Spermatozoïdes, cellules mobiles grâce à leur flagelle, entourent l'ovule. Entrée d'un spermatozoïde rend ovule ''imperméable'' aux autres spermatozoïdes. Seul le noyau du spermatozoïde subsiste dans ovule. Quelques heures plus tard, les pronucléus se rapprochent et fusionnent = caryogamie.
Noyau diploïde de la cellule-oeuf ou zygote est constitué.
Chacun des 2 parents d'un couple produit grand nombre de gamètes génétiquement différents a cause du double brassage génétique lors de la méiose.
Fécondation réunissant 2 gamètes au hasard, chaque spermatozoïde du mâle peut rencontrer n'importe quel ovule de la femelle.
Nombre d'assortiment chromosomique et donc de combinaisons génétiques pour le zygote est multiplié.
Fécondation amplifie le brassage génétique réalisé lors de la méiose.
Accidents au cours de la méiose
Anomalies du caryotype
Dans l'espèce humaine, des caryotypes peuvent présenter des anomalies du nombre de chromosomes. Plus fréquente = trisomie 21.
Origine : mauvaise répartition des chromosomes homologues lors de la méiose. Une non-disjonction de 2 chromosomes lors de l'anaphase 1 ou 2 de la méiose produit des gamètes présentant un chromosome supplémentaire ou avec un chromosome manquant.
Après la fécondation il y a formation d'un zygote trisomique ou monosomique
Source d'enrichissement du génome
Le crossing-over peut accidentellement porter son échange sur des portions pas totalement homologues = crossing-over inégal conduisant à l'obtention d'un chromosome portant une partie de son info en double exemplaire alors que son homologue a perdue la partie correspondante à cette info.
Le zygote obtenu présentera alors un exemplaire supplémentaire de ce gène
Ce phénomène permet duplication d'un gène. Au gré des mutations qui peuvent se produire au cours du temps les duplicata d'un gène initialement identiques peuvent devenir différents et coder pour des protéines ayant finalement des fonctions différentes
De tels gènes restent néanmoins ressemblant et constituent une famille multigénique= mécanisme conduit à enrichissement et diversification des génomes