Introduction
La reproduction sexuée permet aux espèces de se perpétuer en assurant une diversité génétique au sein d’une même espèce.
- Comment l’information génétique est-elle transmise durant la reproduction sexuée ?
- Comment la reproduction sexuée assure-t-elle la diversité génétique ?
I – Caractéristiques de la reproduction sexuée
1 – Étapes de la reproduction sexuée
La figure suivante montre un schéma simplifié qui illustre les étapes de la reproduction sexuée.
Q – Complétez la figure et déterminez les étapes de la reproduction sexuée.
R – Noms de la figure : 1 : Gamétogenèse ; 2 : Fécondation ; 3 ; Ovule ; 4 : Spermatozoïdes ; 5 : Œuf.
La reproduction sexuée est caractérisée par l’alternance de la gamétogenèse qui conduit à la formation des gamètes, et la fécondation qui conduit à la formation de l’œuf.
2 – Comparaison entre le caryotype d’une spermatogonie et d’un spermatozoïde
La figure suivante montre deux caryotypes chez l’homme (a : caryotype d’un spermatozoïde, b caryotype d’une spermatogonie), et les étapes de la spermatogenèse (c).
Q – Comparez les deux caryotypes, que peut-on déduire ?
R – La spermatogonie contient 46 chromosomes organisés en paires (cellule diploïde). Chaque paire de chromosomes homologues est constituée par un chromosome hérité de l’un des parents et un chromosome hérité de l’autre parent.
Les gamètes contiennent (n = 23) chromosomes et sont donc des cellules haploïdes.
Durant la gamétogenèse, il a production de cellules haploïdes, les gamètes, à partir de cellules diploïdes. Ceci se fait par la méiose qui réduit le nombre de chromosomes par la moitié.
Bilan : La reproduction sexuée est caractérisée par l’alternance de la méiose (qui diminue de moitié le nombre de chromosomes) et de la fécondation (qui rétablit le nombre de chromosomes). C'est donc grâce à l’alternance de ces deux mécanismes dans le cycle de développement que le caryotype est maintenu au cours des générations.
II – Le déroulement de la méiose
1 – Évolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose
La figure suivante montre l’évolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose.
Q – décrivez l’évolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose
R – On constate sur la courbe que la quantité d’ADN dans la cellule évolue comme suivant :
- Durant l’interphase : la quantité d’ADN est constante durant la phase G1 (=q), elle est doublée durant la phase S (q ≤ quantité d’ADN ≤ 2q), et elle est constante durant la phase G2 (=2q).
- Durant la méiose : qui est une succession de deux divisions cellulaire :
- Durant la division réductionnelle : la quantité d’ADN est divisée par 2 (passe de 2q à q).
- Durant la division équationnelle : la quantité d’ADN est divisée par 2 (passe de q à q/2).
2 – Les étapes de la méiose
La méiose se déroule dans les organes sexuels (gonades), elle se déroule selon plusieurs étapes. La figure suivante des schémas de ces étapes :
Q – Décrivez les étapes de la méiose
R – La méiose est la succession de deux divisions cellulaires, qui sont :
Division réductionnelle : peut-être divisée en 4 étapes :
- La prophase I : se caractérise par :
- La disparition de l’enveloppe nucléaire.
- Formation du fuseau achromatique.
- Condensation et appariement des chromosomes homologues, formant des tétrades.
- La métaphase I : les paires de chromosomes homologues sont disposées sur le plan équatorial de la cellule de telle manière que les centromères sont de part et d’autre du plan équatorial.
- L’anaphase I : Séparation et migration des chromosomes homologues vers chaque pôle de la cellule.
- La télophase I : se caractérise par :
- Cytodiérèse (division du cytoplasme) et formation de deux cellules haploïdes (chaque chromosome possède deux chromatides).
- Disparition du fuseau achromatique.
- Réapparition de l’enveloppe nucléaire.
Division équationnelle : peut-être divisée en 4 étapes :
- La prophase II : se caractérise par :
- Disparition de l’enveloppe nucléaire.
- Formation du fuseau achromatique.
- Condensation des chromosomes.
- La métaphase II : les chromosomes s’alignent une nouvelle fois à l’équateur de la cellule.
- L’anaphase II : les chromatides de chaque chromosome se séparent et se dirigent chacune vers un pôle de la cellule.
- La télophase II : se caractérise par :
- Cytodiérèse et formation de 4 cellules haploïdes.
- Reformation de l’enveloppe nucléaire.
- Disparition du fuseau achromatique.
III – Rôle de la méiose dans le brassage allélique
1 – Brassage intrachromosomique
La figure suivante présente un schéma explicatif du rôle du crossing-over.
Q – Décrivez ce phénomène, et déduisez son rôle dans le brassage allélique.
R – Dans des cellules en prophase I de la méiose, les chromosomes homologues sont étroitement appariés (leurs chromatides s’enchevêtrent et forment des chiasmas). Au niveau des chiasmas, des échanges de fragments de chromatides peuvent se produire entre chromosomes homologues (crossing-over).
Donc, de nouvelles combinaisons d’allèles apparaissent sur les chromatides remaniées, c’est le brassage intrachromosomique.
2 – Brassage interchromosomique
La figure suivante montre un schéma d’une cellule diploïde (2n=4) au cours de la méiose.
Q – Interprétez les résultats obtenus.
R – Lors de l’anaphase I de la méiose, chaque chromosome d’une paire de chromosomes homologues peut aléatoirement migrer et de façon indépendante vers l’un des deux pôles de la cellule. Il y a ainsi un brassage des chromosomes homologues dans les cellules filles : on parle de brassage interchromosomique.
Pour 2 paires de chromosomes, on obtient 4 types de gamètes équiprobables. Ainsi, le brassage interchromosomique de (n) paires de chromosomes homologues conduit à (2n) génotypes de gamètes différents (223 combinaisons chez l’Homme).
Remarque : les deux brassages s’ajoutent, en effet, le brassage interchromosomique s’exerce sur des chromosomes remaniés au préalable par le brassage intrachromosomique ce qui aboutit à la formation de gamètes d’une diversité potentiellement infinie.
IV – Rôle de la fécondation dans la diversité génétique
La rencontre aléatoire entre les gamètes mâle et femelle produit un zygote issu de la fusion de deux génomes uniques. Chaque gamète contient une combinaison originale d’allèles, résultant d’un brassage génétique. Le zygote formé possède donc une combinaison inédite d’allèles, ce qui contribue à une diversité génétique quasi infinie au sein de l’espèce.
La figure suivante montre un exemple simplifié qui illustre le rôle de la fécondation dans la diversité génétique.
Q – Complétez le schéma, et déduisez le rôle de la fécondation.
R – Nom de la figure : 1 : Spermatozoïdes ; 2 : Ovule.
Déduction : Au moment de la fécondation, la rencontre aléatoire entre les gamètes mâle et femelle, produits lors de la méiose, engendre de nouvelles combinaisons alléliques dans le zygote, conduisant à des phénotypes nouveaux. On dit que la fécondation amplifie le brassage génétique.