La Diversité Génétique : Rôle du Crossing-Over et de la Méiose

GENETIQ : Montrer comment les crossing-over peuvent être source de diversité génétique.

Chaque individu est unique. Cette affirmation est très souvent rappelée. Or, notre unicité vient de la diversité de nos caractères, et donc, de nos gènes, qui se fait lors du brassage intrachromosomique, un mécanisme de diversification de la reproduction sexuée ayant lieu au sein d'une même paire de chromosomes lors de la prophase 1 de la méiose. Pour bien comprendre le sujet de notre étude, rappelons qu'un gène est une partie d'un chromosome codant pour un caractère grâce à l'ADN. Ces derniers peuvent exister en plusieurs versions, appelées allèles, produits de mutations génétiques. Ainsi, comment les mécanismes du brassage intrachromosomique peuvent-ils conduire à une diversité tant au niveau des combinaisons alléliques que de celles des gènes ?

I. Le Brassage Intrachromosomique et la Diversité Allélique

Le crossing-over est un mécanisme durant lequel deux chromosomes d'une même paire s'entrelacent, formant ainsi des nœuds appelés « chiasmes ». Lors de la métaphase 1 de la méiose, les paires sont séparées. Or, les chromosomes étant liés, cette séparation entraîne le déchirement de parties de chromatides, qui restent néanmoins solidaires du chromosome auquel elles s'étaient attachées. Ainsi, deux chromosomes parentaux portant les allèles A/B et a/b peuvent, lors de la séparation des paires, devenir A/b et a/B. Il y a alors, à partir des deux chromosomes parentaux, possibilité de former 4 gamètes : A/B, a/b, A/b et a/B. Deux d'entre ces génotypes sont les configurations parentales, et deux sont inédites. C'est pourquoi on parle de diversification des combinaisons d'allèles. Cependant, tous les crossing-over ne sont pas forcément égaux. Schéma Crossing Normal

II. Le Brassage Intrachromosomique et la Diversité des Gènes

Les crossing-over peuvent être qualifiés d'« inégaux », dans le cas où les bouts de chromatides échangés ne sont pas de la même taille. Par exemple, deux chromosomes parentaux portant les allèles A/B et a/b peuvent donner des gamètes A/B, a/b, A/Bb et a/-. De cette manière, toutes les combinaisons sont envisageables. Ainsi, un chromosome peut se retrouver avec 2 allèles codant un même caractère sur deux locus, c'est-à-dire à deux endroits différents du même gène. Il y a ainsi migration et recombinaison de gènes au sein d'un unique chromosome. C'est ce qui est à l'origine, après mutation de ces gènes mouvants, des familles multigéniques, comme celles des opsines ou des hémoglobines, que l'on peut observer grâce à des techniques de séquençage d'ADN. Schéma Crossing Anormal. Les différents mécanismes du brassage intrachromosomique permettent ainsi, via les crossing-over égaux et inégaux, d'obtenir des mouvements des gènes entre les chromosomes, mais également au sein même d'un unique chromosome. Cela conduit à la création de combinaisons alléliques et géniques qui permettent la diversification des génotypes et augmentent ainsi les chances de survie d'une espèce d'un point de vue évolutif.

III. La Méiose et la Fécondation : Sources de Diversité

GENE Méiose + Fécondation : VRAI JUMEAUX Introduction : Les vrais jumeaux sont des jumeaux génétiques puisqu'ils dérivent du même œuf fécondé qui s'est scindé en deux au tout début du développement embryonnaire. En théorie, les deux individus auront donc la même séquence d'ADN. Des sœurs vraies jumelles ont épousé des frères jumeaux et ont eu chacune un enfant. Les deux cousins nouveaux-nés sont-ils génétiquement identiques ? Afin de répondre à la question, nous traiterons de la reproduction sexuée qui assure à la fois la stabilité et la diversité des individus au sein de l’espèce. Cette reproduction sexuée fait intervenir 2 mécanismes complémentaires : la méiose et la fécondation. La méiose est une succession de 2 divisions qui produit 4 cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde (2n). La méiose est à l’origine d’une très grande diversité de gamètes grâce aux brassages génétiques. La fécondation rétablit la diploïdie et assure la formation d’une cellule œuf unique au niveau génétique, à l’origine d’un individu.

I. La Méiose

La méiose permet la formation des gamètes. Elle correspond à la succession de deux divisions cellulaires précédées, comme toute division, d'un doublement de la quantité d'ADN (réplication). Au cours de la prophase I de la première division, les chromosomes homologues de chaque paire, formés de deux chromatides, s'apparient ; il y a formation de bivalents. À la métaphase I, les deux chromosomes de chaque paire se répartissent de part et d'autre du plan équatorial. À l'anaphase I, l'un des chromosomes d'une paire va vers un pôle et l'autre vers l'autre pôle, indépendamment du comportement des chromosomes des autres paires. Chaque cellule fille n'hérite donc que d'un seul chromosome de chaque paire, toujours formé de deux chromatides. La cellule entrant en méiose était diploïde. Les deux cellules formées en télophase I sont ainsi haploïdes. Au cours de la deuxième division de la méiose, il y a séparation des deux chromatides de chaque chromosome double. Les quatre cellules formées (qui donneront les gamètes) héritent donc, pour chaque paire, d'un chromosome simple à une chromatide. Ce sont des cellules haploïdes. Schéma Méiose.

II. Les Brassages lors de la Méiose

Afin d’identifier les différents brassages, les généticiens ont pris comme modèle les drosophiles à cycle diploïde, et réalisent des croisements afin d’étudier le devenir de deux caractères phénotypiques gouvernés chacun par un gène (avec chacun deux allèles). Notamment, les croisements tests effectués ont permis d’identifier deux types de brassages : les brassages inter et intra chromosomiques.

1. Brassage Interchromosomique lors de l'Anaphase I

En anaphase I, lors de la disjonction des chromosomes, les deux chromosomes homologues de chaque paire se séparent. Chaque chromosome migre vers l'un ou l'autre pôle de la cellule. C'est un phénomène aléatoire : ainsi, le chromosome d'une paire peut être associé avec l'un ou l'autre chromosome d'une deuxième paire ; ceci est valable pour les n paires. Un tel brassage est qualifié d'interchromosomique. Schémas INTER

2. Brassage Intrachromosomique lors de la Prophase I

Ce type de brassage ne peut intervenir que lorsque 2 gènes sont liés, ici les gènes de A et D. La prophase de première division de méiose montre que lors de l'appariement des chromosomes, on observe des figures en X, appelées chiasma, au niveau desquelles les chromatides s'enchevêtrent. Des portions de chromatides peuvent alors s'échanger d'un chromosome à l'autre : c'est le crossing-over à l'origine de chromosomes remaniés. De nouvelles combinaisons d'allèles apparaissent sur les chromatides remaniées. On parle de brassage intra-chromosomique. Schéma INTRA. Les deux brassages permettent une immense diversité de gamètes. Les deux mères ainsi que les deux pères produiront donc des gamètes différents du fait du caractère aléatoire des crossing-over.

III. La Fécondation : Source de Diversité Génétique Supplémentaire

C'est la mise en commun du patrimoine génétique du gamète mâle et du gamète femelle. Elle réunit au hasard un des 8 millions de gamètes mâles et un des 8 millions de gamètes femelles possibles. La probabilité d'avoir 2 enfants identiques suite à une fécondation est donc nulle.

Conclusion

La reproduction sexuée, grâce à la méiose et à la fécondation, permet l'alternance de la phase haploïde et diploïde au cours des cycles de développement et assure ainsi la constance du stock chromosomique d'une espèce au cours des générations successives. Toutefois, ces mécanismes sont aussi à l'origine de brassages chromosomiques responsables de l'originalité des combinaisons alléliques de chaque individu de l'espèce maintenue stable. On peut donc affirmer qu'il est très improbable que les 2 enfants issus de couples jumeaux possèdent le même patrimoine génétique.