Restitution organisée de connaissances

Sujet : en vous appuyant sur un exemple de cycle biologique, montrez comment est assuré le maintien de la formule chromosomique d'une génération à l'autre chez une espèce diploïde.

Introduction

Les différents individus d'une même espèce possèdent chacun des caractères propres qui peuvent varier de manière importante. Malgré ce polymorphisme, il existe une unicité au sein de chaque espèce, laquelle est en effet caractérisée par sa formule chromosomique. Chez les espèces diploïdes par exemple, les chromosomes sont appariés par paire d'homologues dans chaque cellule (2n chromosomes), à l'exception des gamètes qui sont haploïdes (n chromosomes). La stabilité de l'espèce est marquée par le maintien du caryotype au cours des générations successives.

Quels mécanismes permettent d'assurer la stabilité du caryotype de générations en générations?

Nous étudierons le cycle biologique d'une espèce diploïde, puis nous verrons que le maintien de la formule chromosomique est permis par la méiose et la fécondation, deux mécanismes fondamentaux et indissociables de la reproduction sexuée.

I- Le cycle biologique d'une espèce diploïde

Les espèces diploïdes possèdent, dans chacune de leurs cellules somatiques, des chromosomes en double exemplaire, groupés par paires d'homologues. Le schéma ci-dessous montre le cycle biologique d'une espèce de formule chromosomique 2n=6. Le cycle de reproduction sexuée présente une alternance d'une phase diploïde (cellules à 2n chromosomes) et haploïde (cellules à n chromosomes). Chez une espèce diploïde, c'est la phase diploïde qui est prédominante : seules les gamètes sont à l'état haploïde.

La méiose assure le passage d'un état diploïde à un état haploïde. Puis, c'est l'union de deux gamètes haploïdes, lors de la fécondation, qui permet de rétablir la diploïdie. Ainsi, méiose et fécondation sont deux processus complémentaires qui permettent d'assurer la stabilité du caryotype.

II- La méiose et la production de cellules haploïdes

La méiose consiste en une succession de divisions cellulaires indissociables, précédées d'une seule réplication d'ADN. Elle donne naissance à des cellules haploïdes à n chromosomes, à partir de cellules diploïdes à 2n chromosomes.

La cellule mère entrant en méiose contient 2n chromosomes possédant chacun deux chromatides identiques.

Cellule mère à 2n=6 chromosomes

La première division de la méiose est dite réductionnelle : elle aboutit à la formation de deux cellules à n chromosomes, possédant chacun 2 chromatides. La prophase I est marquée par l'appariement des chromosomes homologues. Les bivalents ainsi formés se disposent selon le plan équatorial de la cellule lors de la métaphase I.

Métaphase I

En anaphase I, il y a dissociation des bivalents et chacun des homologues, toujours à deux chromatides, migre vers un des pôles de la cellule.

Anaphase I

La télophase I, qui termine la première division de la méiose, permet d'obtenir deux cellules filles possédant n chromosomes à 2 chromatides.

Télophase I

La deuxième division de méiose, dite équationnelle, n'est pas précédée d'une synthèse d'ADN car les chromosomes sont déjà dédoublés.

Lors de la métaphase II, les n chromosomes de chaque cellule s'alignent selon le plan équatorial.

Puis lors de l'anaphase II, comme lors d'une division de mitose, il y a séparation et migration des chromatides vers les pôles opposés de la cellule.

Anaphase II

La télophase 2 aboutit à la formation de quatre cellules filles. Ces cellules possèdent un exemplaire de chacune des paires de chromosomes homologues de la cellule mère, formés d'une seule chromatide.

Télophase II

C'est l'union de deux gamètes lors de la fécondation qui permet de rétablir la diploïdie.

III – La fécondation et le rétablissement de la diploïdie

La fécondation se caractérise par la rencontre et l'union de deux gamètes haploïdes à n chromosomes. Ce processus conduit à la mise en commun, au sein du noyau de la cellule œuf, des n chromosomes de chaque gamète. Il y a donc reconstitution des n paires de chromosomes homologues, l'un étant d'origine maternelle et l'autre d'origine paternelle. Le zygote ainsi formé possède donc 2n chromosomes.

Le stock chromosomique est ensuite maintenu dans la cellule œuf grâce à de multiples mitoses, pour donner ensuite un nouvel individu.

La fécondation permet donc le rétablissement du caryotype dans la cellule œuf obtenue, donc le rétablissement du génome de l'espèce dont la stabilité est ainsi assurée.

Conclusion

Au cours des cycles de développement d'une espèce diploïde, une phase haploïde et une phase diploïde alternent. La reproduction sexuée assure ainsi le maintien du caryotype d'une espèce. C'est par deux processus complémentaires, la méiose et la fécondation, que la stabilité de la formule chromosomique d'une espèce est assurée.

Cependant, méiose et fécondation sont à l'origine de brassages chromosomiques, qui confèrent à chaque individu une combinaison unique d'allèles. La méiose et la fécondation assurent donc également la diversité et le polymorphisme de l'espèce en même temps que sa stabilité.