Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment les gamètes sont produits par le processus de méiose. Et nous étudierons comment les différentes étapes de cette division cellulaire particulière peuvent apporter de la variation génétique dans ces cellules.
Avez-vous des frères et sœurs? Si vous n’êtes pas des jumeaux identiques, en quoi êtes-vous différent les uns des autres? La méiose est un type de division cellulaire qui produit des cellules spéciales appelées gamètes. Chez les femmes ces gamètes sont les ovules, et chez les hommes ce sont les spermatozoïdes. En raison d’événements spécifiques ayant lieu pendant la méiose, presque chaque ovule et chaque spermatozoïde est génétiquement unique. On estime qu’en raison de cette variabilité, chaque couple humain peut potentiellement produire environ 64 000 milliards d’enfants génétiquement uniques.
Les différences que nous observons entre nous et quelqu’un d’autre sont le résultat du brassage génétique. Et les différences génétiques entre tous les organismes vivants nous donnent à tous et à toutes des combinaisons uniques de caractéristiques. Le brassage génétique est extrêmement utile car il fournit à toutes les espèces qui utilisent la méiose dans la reproduction une plus grande résilience aux changements de leur environnement. Dans cette vidéo, nous explorerons les étapes de la méiose et comment certaines d’entre elles peuvent apporter de la variation génétique dans les gamètes qui en résultent. Mais tout d’abord, apprenons-en davantage sur le matériel génétique permettant d’apporter de la variation génétique.
Vous vous rappelez peut-être que les cellules animales possèdent un noyau qui renferme leur informations génétique. Cette information génétique, c’est l’ADN, et chez les animaux, y compris l’Homme, cet ADN est organisé en chromosomes. Lorsque les êtres humains se reproduisent, leur descendance est créée par un processus appelé fécondation. Celle-ci a lieu lorsqu’un spermatozoïde et un ovule fusionnent et combinent leurs informations génétiques sous forme de chromosomes. Les êtres humains ont normalement 46 chromosomes dans la plupart des cellules du corps, aussi appelées cellules somatiques. Lorsqu’une cellule humaine contient 46 chromosomes, elle est dite diploïde, car ces chromosomes proviennent de deux lots de 23 chromosomes.
Les cellules diploïdes sont communément signifiées par deux 𝑛. L’un des lots de 23 chromosomes provient de l’ovule de la mère. Et l’autre lot de 23 chromosomes provient du spermatozoïde du père. Comme vous vous en rappelez peut-être, ces cellules sont appelées les gamètes. Les gamètes sont dits haploïdes, car ils contiennent la moitié de l’information génétique d’une cellule somatique diploïde. Ils n’ont qu’un seul lot de chromosomes, soit chez l’Homme 23 chromosomes, et sont notés 𝑛. Vous avez peut-être remarqué que dans le noyau de cette cellule diploïde, les chromosomes provenant de l’ovule de la mère sont représentés en orange, tandis que les chromosomes provenant du spermatozoïde du père sont représentés en bleu.
Vous avez peut-être également remarqué que chacun de ces 23 chromosomes s’est apparié avec un chromosome très similaire de l’autre parent. Les deux copies d’un chromosomes dans une cellule diploïde sont appelées chromosomes homologues, l’un provenant de l’ovule et l’autre du spermatozoïde. Ils sont presque identiques, c’est pourquoi ils sont appelés homologues, car le mot homologue vient du grec signifiant «concordant». Bien que ce schéma ne représente pas exactement ce à quoi ressemblent les chromosomes la plupart du temps, il nous donne une idée de la façon dont les chromosomes de notre mère et de notre père s’apparient.
Il est intéressant de noter que ce ne sont pas seulement les êtres humains qui produisent des gamètes. La plupart des animaux se reproduisent d’ailleurs principalement par voie sexuée, avec des spermatozoïdes et des ovules haploïdes qui, lors de de fécondation, fusionnent pour former des cellules somatiques diploïdes. Même les plantes peuvent se reproduire de cette manière, bien que chez les plantes les gamètes mâles soient souvent appelés pollen, tandis que les gamètes femelles sont toujours appelées ovules.
Ce qui est encore plus intéressant, c’est que les espèces ont souvent des nombres typiques de chromosomes différents. Par exemple, de nombreux oiseaux, comme les pigeons, ont 80 chromosomes dans une cellule somatique diploïde et 40 chromosomes dans un gamète haploïde, ce qui est beaucoup plus que dans une cellule humaine; tandis que la fourmi australienne n’a que deux chromosomes dans une cellule diploïde, soit un seul chromosome dans un gamète haploïde. Revoyons les deux principaux types de division cellulaire qui ont lieu chez les organismes comme l’Homme: la mitose et la méiose.
Vous vous rappelez peut-être que la mitose est un type de division cellulaire qui donne deux cellules filles génétiquement identiques à partir d’une seule cellule mère. Les cellules mères ne subissent qu’un seul cycle de division cellulaire. Toutes ces cellules ont le même nombre de chromosomes et sont donc toutes des cellules diploïdes. C’est le type de division cellulaire que notre organisme utilise pour réparer les tissus endommagés ou pour développer de nouveaux tissus. En revanche, notre corps utilise une division cellulaire particulière appelée méiose pour produire des gamètes génétiquement différents dans nos organes reproducteurs.
Lors de la méiose, la cellule mère d’origine subit deux cycles de division cellulaire pour produire quatre cellules filles. Comme la cellule d’origine passe par deux divisions cellulaires, les cellules filles ont la moitié du nombre initial de chromosomes de la cellule mère, et elles sont donc haploïdes. Les cellules filles produites sont appelées gamètes. Lorsque la méiose a lieu dans les testicules, elle donne des spermatozoïdes, et lorsqu’elle a lieu dans les ovaires, elle donne des ovules. Et rappelez-vous que chez l’Homme, le nombre haploïde de chromosomes est de 23. C’est important car lorsque les deux gamètes fusionnent lors de la fécondation, ils donnent au total les 46 chromosomes trouvés dans une cellule diploïde.
Voyons de plus près ce qui se passe au cours des différentes étapes de la méiose pour produire ces gamètes. Avant que la méiose ne puisse commencer, une étape appelée interphase se produit. Avant l’interphase, chacune des 23 paires de chromosomes contenues dans le noyau d’une cellule somatique existe sous la forme d’un seul chromosome. À l’interphase chaque chromosome est dupliqué, ou répliqué, pour former deux molécules d’ADN identiques appelées chromatides. Cela arrive à chacun des 46 chromosomes de la cellule. Les deux chromatides de chaque chromosome sont liées en une région appelée le centromère. Et il est important de se rappeler que même si chaque chromosome est maintenant composé de deux chromatides identiques, il s’agit toujours d’un seul chromosome, qui peut désormais être appelé chromosome répliqué.
Maintenant que les chromosomes ont été dupliqués, la méiose peut commencer. Examinons la première des deux divisions cellulaires de la méiose, appelée méiose I ou méiose réductionnelle. La première étape de la méiose I est la prophase I. Ici, les chromosomes dupliqués se condensent et peuvent maintenant être vus au microscope. Comme vous pouvez le voir sur le schéma, à ce stade, l’enveloppe nucléaire qui entoure le noyau disparait. Un autre événement qui a lieu en prophase I est la formation de structures spécialisées appelées microtubules. Nous en apprendrons bientôt plus sur le rôle des microtubules.
Au cours de la prophase I, les chromosomes homologues de la mère et du père s’apparient pour former une tétrade. Le préfixe «tétra-» signifie quatre, ce qui correspond au nombre de chromatides qu’ont les deux chromosomes dupliqués appariés d’une tétrade. La formation d’une tétrade permet à un processus appelé crossing-over d’avoir lieu. Un crossing-over a lieu lorsqu’une paire de chromosomes homologues échange des informations génétiques entre des chromosomes dupliqués. Il s’agit du premier point où un brassage génétique est introduit, car des régions des chromosomes de la mère et du père sont échangées, ce qui se retrouvera dans différentes cellules filles.
La prochaine étape de la méiose I est la métaphase I. En métaphase I, les paires homologues s’alignent le long du milieu de la cellule et se fixent au fuseau de microtubules complètement formé. Le milieu de la cellule est parfois appelé l’équateur. C’est facile à retenir car la Terre, elle aussi sphérique, a également un équateur en son milieu. Les similitudes entre notre Terre et une cellule en division ne s’arrêtent pas là; tout comme la Terre a un pôle nord et un pôle sud, la cellule a également un pôle à chaque extrémité opposée.
Puis vient l’anaphase I, dans laquelle les paires homologues sont séparées par le raccourcissement des microtubules du fuseau. Cela tire les paires de chromosomes homologues vers les pôles opposés de la cellule. Au cours de l’anaphase I, les chromosomes de la mère et du père sont mélangés au hasard avant de se séparer. De cette façon, les deux cellules filles formées en fin de méiose I auront un mélange des chromosomes parentaux, ce qui peut également apporter de la variation génétique.
La dernière étape de la méiose I est la télophase I. Dans la télophase I, une enveloppe nucléaire distincte se reforme autour de chacun des lots de chromosomes séparés, et les cellules peuvent maintenant se diviser. En fin de la méiose I, il y a deux cellules avec la moitié du nombre de chromosomes dupliqués qui sont initialement entrés en prophase I. Chez l’Homme, cela signifie que ces cellules ont 23 chromosomes dupliqués chacune, même si sur ce schéma nous venons de le montrer comme deux chromosomes dupliqués chacune. En revanche, la cellule diploïde du début de méiose I avait 46 chromosomes dupliqués.
Dans la méiose II, aussi appelée méiose équationnelle, les chromatides de ces chromosomes dupliqués seront séparées. Les étapes de la méiose II sont très similaires à celles de la méiose I, mais avec quelques différences. Au cours de la prophase II, par exemple, il n’y a pas d’appariement de chromosomes homologues, mais les enveloppes nucléaires nouvellement formées disparaissent bien encore et les fuseaux de microtubules se reforment également dans chaque cellule. En métaphase II, au lieu de paires de chromosomes homologues, les chromosomes dupliqués sont alignés à l’équateur de chaque cellule. En anaphase II, les chromosomes dupliqués se séparent. Et les deux chromatides de chaque chromosome répliqué sont attirées vers des pôles opposés de chaque cellule.
Lorsque les cellules se divisent en fin de télophase II, chaque cellule fille obtenue contient 23 chromatides simples. Chaque chromatide peut maintenant être appelée un chromosome. Et rappelez-vous que même si sur ce schéma nous n’avons montré que deux chromatides dans chaque cellule fille, les gamètes de l’Homme contiennent en fait 23 chromatides, également appelés chromosomes à ce stade.
Résumons le processus que nous venons de voir en l’examinant spécifiquement dans les cellules humaines. Tout d’abord, les 46 chromosomes sont dupliqués en interphase. Cette unique cellule diploïde de 46 chromosomes subit une méiose I pour produire deux cellules contenant chacune 23 chromosomes dupliqués. Ces deux cellules subissent ensuite une méiose II pour produire quatre gamètes haploïdes génétiquement différents, ne contenant chacun que 23 chromosomes. La méiose I et la méiose II comprennent toutes deux les étapes suivantes: la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase.
Passons en revue ce que nous avons appris sur la méiose en appliquant nos connaissances à une question d’entraînement.
Ce schéma représente deux chromosomes en cours de crossing-over. Quel est l’intérêt du crossing-over? (A) Cela crée des gènes complètement nouveaux. (B) Cela réduit le risque de mutation. (C) Cela augmente le brassage génétique. Ou (D) cela augmente la probabilité de fécondation.
Dans cette question, on nous demande de déterminer quel est l’avantage d’un processus appelé «crossing-over», qui nous est montré sur un schéma. Pour répondre à cette question, nous allons essayer de mieux comprendre comment l’information génétique est organisée dans les cellules animales sous la forme de structures appelées chromosomes. Le noyau des cellules animales, comme celui-ci, contient l’information génétique sous forme d’ADN. Chez les animaux, y compris les êtres humains, l’ADN est organisé en chromosomes, dont certains sont visibles ici dans le noyau.
Dans la plupart des cellules somatiques, il y a 46 chromosomes au total, soit deux lots de 23 chromosomes. Un des lots de 23 chromosomes vient de la mère, et l’autre vient du père. Nous pouvons dire que les chromosomes de la mère sont homologues aux chromosomes du père parce qu’ils sont presque identiques. Comme il y a deux lots de chromosomes dans la plupart des cellules somatiques, elles sont appelées cellules diploïdes. Dans les gamètes, c’est-à-dire les spermatozoïdes du père et les ovules de la mère, il n’y a qu’un seul lot de chromosomes. Les gamètes sont donc des cellules dites haploïdes. Les gamètes sont produites par un processus appelé méiose.
La méiose est un type de division cellulaire dans laquelle une cellule mère peut donner quatre cellules filles haploïdes génétiquement différentes. La variation génétique des gamètes produites par méiose est en partie le résultat d’un processus appelé crossing-over. Celui-ci a lieu pendant l’une des étapes de la méiose. Comme le montre ce schéma, cela correspond à l’échange de certaines informations génétiques des chromosomes homologues d’une paire.
Il y a quatre chromatides dans chaque paire de chromosomes homologues, et deux chromatides dans chaque chromosome répliqué de chaque parent. Comme chacunes de ces quatre chromatides se retrouve dans des cellules filles différentes à la fin de la méiose, l’échange de segments d’ADN entre des chromosomes homologues augmente la variation génétique des gamètes produits. Cela ne crée pas de nouveaux gènes car des sections d’ADN sont simplement échangées entre des chromosomes homologues.
Le crossing-over n’affecte pas le risque de mutation de l’ADN, ni n’augmente ni ne diminue la probabilité de fécondation. Il échange simplement une section d’ADN entre des chromosomes homologues qui peut présenter de légères différences. Cela peut arriver à plusieurs des 23 paires de chromosomes au cours de la méiose et peut augmenter le brassage génétique dans les gamètes. Par conséquent, nous avons établi que le crossing-over augmente la variation génétique.
Résumons maintenant ce que nous avons appris sur la méiose en passant en revue les points clés de cette vidéo. La méiose donne quatre gamètes haploïdes génétiquement différents les uns des autres. Cette forme particulière de division cellulaire se compose de deux cycles: la méiose I et la méiose II. Dans la méiose I et la méiose II, les étapes comprennent la prophase, la métaphase, l’anaphase et la télophase. La méiose donne des cellules uniques en partie grâce au crossing-over, qui peut introduire de la variation génétique.
