Introduction
L'information génétique est portée par les chromosomes localisés dans le noyau. Chez les organismes à reproduction sexuée, la méiose joue un rôle crucial dans la reproduction. Ce processus de division cellulaire spécialisé réduit de moitié le nombre de chromosomes dans les gamètes, assurant ainsi qu’après fécondation chaque génération maintienne le nombre de chromosomes caractéristique de l’espèce. En formant des gamètes diversifiés, la méiose est le moteur de la variation génétique.
•Quels sont les mécanismes spécifiques de la méiose et de la fécondation qui favorisent la diversité génétique chez les organismes ?
I – La méiose
1- Le caryotype
La figure (1-a) représente une observation microscopique du contenu chromosomique, et les figures (1-b) et (1-c) représentent deux observations microscopiques des caryotypes de la femme et de l'homme.
Q-1- Proposez une définition du caryotype.
Q-2- Déterminez la formule chromosomique de la cellule humaine.
Q-3- Comparez entre le caryotype de la femme et de l'homme, et donnez la formule chromosomique de chacun.
R-1- Le caryotype est la représentation photographique ou dessinée de l’ensemble les chromosomes présents dans les cellules d’une espèce donnée. Les chromosomes sont classés selon leur longueur et selon la position de leurs centromères.
R-2- Le caryotype humain contient 46 chromosomes organisés en paires. Chaque paire de chromosomes homologues est constituée par un chromosome hérité du père et l’autre de la mère.
Les cellules comprennent donc 2n chromosomes, (n) étant le nombre de paires de chromosomes: ces cellules sont dites diploïdes (2n = 46).
R-3- La comparaison montre que l'homme et la femme contiennent 22 paires de chromosomes semblables appelées les autosomes. Mais, la 23ᵉ paire, appelée chromosomes sexuels, est différente : chez l’homme (XY) et chez la femme (XX). On écrit la formule chromosomique de la façon suivante :
- Chez l’homme : 2n = 44 A + XY.
- Chez l’homme : 2n = 44 A + XX.
2- Comparaison entre le caryotype d'une cellule germinale et d'un spermatozoïde
La figure suivante montre deux caryotypes chez l’homme (a : caryotype d’un spermatozoïde, b : caryotype d’une cellule somatique), 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.
II – Les rôles de la méiose et de la fécondation dans la diversité génétique
1- Les rôles de la méiose
Pour comprendre les rôles de la méiose dans la séparation et le brassage des chromosomes durant la formation des gamètes, on propose l'étude des données suivantes :
- La figure (3) montre le mécanisme du brassage interchromosomique.
- La figure (4) montre le mécanisme du brassage intrachromosomique.
Q-1- Décrivez le mécanisme du brassage interchromosomique, et déterminez le nombre de gamètes différents produits.
Q-2- Décrivez le mécanisme du brassage intrachromosomique.
R-1- 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 deux paires de chromosomes, on obtient quatre types de gamètes équiprobables. Ainsi, le brassage interchromosomique de (n) paires de chromosomes homologues conduit à 2n génotypes de gamètes différents (chez l’Homme, le nombre est 223 = 8,388,608).
R-2- 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.
IV – Rôle de la fécondation dans la diversité génétique
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 ; 3 : Plusieurs spermatozoïdes entourent l’ovule, et seulement 1 peut la féconder ; 4 : Les possibilités après la fécondation.
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.