Le chapitre 6

La méiose, base de la reproduction sexuée

6.1 La méiose

• La reproduction sexuée nécessite deux parents. Les descendants sont génétiquement différents entre eux, de leurs parents et de tout autre membre de la même espèce. Parfois les différences sont visibles, parfois elles ne le sont pas.

• La diversité génétique est la variation, ou les différences génétiques héréditaires dans une espèce.

• Grâce à la combinaison de gènes transmis par ses parents, un organisme peut être mieux nanti (plus riche) pour affronter les changements dans son environnement.

• Le rôle des gamètes– L’information génétique est transmise avec les

chromosomes hérités des parents.– Tous les organismes possèdent un nombre

spécifique de chromosomes, ce nombre est appelé nombre diploïde (2n). Alors, une cellule possède deux ensembles de chromosomes.

– Les humains ont 46 (2 x 23)

– Les êtres humains héritent d’un ensemble de 23 chromosomes de la mère et un du père. Cette ensemble se nomme nombre haploïde (n). Il se trouve dans les gamètes.

– Gamète mâle = spermatozoïde– Gamète femelle = ovule

– Dans la fécondation, un spermatozoïde pénètre dans un ovule et l’information génétique haploïde des gamètes se combine.

– Alors une cellule diploïde, zygote, est formée. Celui-ci se divise par mitose et un embryon se forme.

zygote embryon

• La méiose: réduction du nombre de chromosomes– La méiose est le processus de production des gamètes

ayant moitié moins de chromosomes que les cellules du corps, l’ADN se réplique qu’une seule fois malgré deux divisions cellulaires.

– Au cours de la méiose on observe deux divisions cellulaires complètes, méiose I et méiose II

– La méiose I:• Une paire de chromosome correspondants, chromosomes

homologues, s’aligne au centre de la cellule et se sépare pour se diriger vers les pôles de la cellule pour créer deux cellules filles.

– La méiose II:• Il n’y a pas de réplication d’ADN avant le début de la

méiose II. Elle ressemble à la mitose où les chromatides de chaque chromosome sont tirées vers des pôles opposés. Les 4 cellules filles sont haploïdes.

– L’enjambement se passe durant la méiose I, des parties de chromosomes non-sœurs “s’enjambent” et échangent des segments d’ADN. Il peut y avoir des enjambements multiples entre deux chromosomes.

– L’assortiment indépendant est un autre événement qui se déroule durant la méiose I. Les paires de chromosomes homologues se séparent au centre de la cellule et se déplacent vers des pôles opposés. Chacune des 23 paires de chromosomes a deux possibilités pour répartir un chromosome dans les cellules filles. Cet assortiment explique pourquoi les personnes sont différentes les unes des autres.

– La formation des gamètes• La formation des gamètes

diffère chez les mâles et les femelles.

• Chez le mâle, quatre cellules où le cytoplasme et les organites sont également répartis sont créés à la fin de la méiose II.

• Chez la femelle, la méiose I produit deux ovules, mais la répartition du cytoplasme et des organites n’est pas égale. Dans la méiose II, trois des cellules se décomposeront. Le gros ovule restant contient la majorité du cytoplasme et est disponible pour la fécondation.

• Les mutations chromosomiques au cours de la méiose– D’importants changements dans l’organisation de l’ADN et

des gènes se produisent lorsque des sections de chromosomes sont perdues, dupliquées ou déplacées à l’intérieur d’un chromosome ou déplacées vers un autre au cours de la méiose.

– Les mutations chromosomiques peuvent aussi être obtenue à l’aide des mutagènes, comme des radiations ou des substances chimiques.

– Exemple: les drosophiles sont utilisées pour étudier l’effet des mutagènes sur des organismes.

– De nombreuses mutations chromosomiques ne sont pas transmises d’une génération à l’autre. La progéniture ne se développe pas, ou elle n’atteint pas l’âge de procréation.

• Diagnostiquer les troubles génétiques– Un caryotype est une arrangement des chromosomes

dans une ordre spécifique.– Ils sont préparés en coupant et en fixant des

chromosomes prélevés dans les cellules du corps au cours de la mitose. Les chromosomes homologues sont identifiés et mis en paires selon leur taille, l’emplacement de leur centromère et la répartition des bandes.

– L’analyse des caryotypes, les généticiens peuvent déterminer si une mutation chromosomique complète ses produite. Savoir les chromosomes touchés permet de poser un diagnostic et de traiter les patients atteints de troubles génétiques ou syndromes.

• Syndrome: maladie ou un trouble particulier accompagné d’une série précise de symptômes qui se manifestent ensemble.

– Exemple: Le syndrome de Down

» Caractéristiques faciales typiques» Plus petite taille» Anomalies cardiaque» Maladies comme Alzheimer et la leucémie» 95% présence d’un chromosome 21 supplémentaire

6.2 La reproduction sexuée

• En Colombie-Britannique, les oursins violet sont utilisés pour étudier la reproduction sexuée car leur embryon est transparent.– Les scientifiques se demandent comment les différents

types d’oursins vivants près les uns des autres se reproduisent mais seulement avec leurs espèces. Car les oursins libèrent dans l’eau des grands nuages de spermatozoïdes ou d’ovules.

– Les gamètes possèdent des protéines précises à leur surface. Donc il doit y avoir reconnaissance pour que la fécondation se passe.

• La reproduction sexuée– La reproduction sexuée comprend 3 étapes:

– Accouplement– Fécondation– Développement

– L’accouplement:• C’est le processus amenant les gamètes au même endroit

en même temps.• Nombreux animaux ont des saisons d’accouplement à

certaines périodes de l’année, car les conditions environnementales seront favorables au développement de leur progéniture.

• Pour augmenter les chances que les deux parents épaulards possède des gènes différents, ils s’accouplent avec un partenaire qui a un cris différent.

– Les méthodes de fécondation• Deux façons: fécondation interne ou fécondation externe

– Une fois l’ovule fécondé, la division cellulaire aura lieu seulement si certaines conditions sont respectées

• La quantité de nutriments doit être suffisante pour l’embryon.

• La température doit être assez élevée pour que les enzymes et les protéines fonctionnent correctement.

• L’humidité doit être suffisante. • L’embryon doit être protégé des prédateurs et des autres

éléments environnementaux (UV).

– La fécondation externe• Un spermatozoïde et un ovule s’unissent à l’extérieur du

corps des parents.• Très courant chez les animaux aquatiques (les oursins, les

poissons…)• Les deux parents libèrent leurs gamètes dans l’eau au

cours du frai.• Cette fécondation existe aussi chez certains végétaux

comme les mousses et les fougères.

– Avantage de la fécondation externe est • La faible dépense d’énergie pour trouver une ou un

partenaire et elle donne une grande quantité de descendants d’un seul coup.

• Comme les petits sont généralement éparpillés, ils ne concurrencent pas leur parents pour la nourriture.

• Un ovule provenant de la progéniture a peu de chances d’être fécondé par le spermatozoïde d’un parent. La variation génétique sera maintenue.

– Désavantage• Peu de gamètes survivent à l’extérieur du corps ou

entraînent une fécondation.• Les zygotes et les embryons se forment à l’extérieur du

corps des parents, ils ne sont pas protégés et ils servent de nourriture.

• Les parents ne veillant pas sur leur petits, ils sont peu nombreux à atteindre la maturité.

• La fécondation interne– Les spermatozoïdes sont déposés dans le corps de la

femelle où ils rencontrent un ovule. Une fois à l’intérieur, la membrane de l’ovule modifie sa charge électrique ce qui crée des réactions chimiques empêchant les autres spermatozoïdes d’entrer dans l’ovule.

– L’embryon se développe et est nourri à l’intérieur du corps de la mère pendant un certain temps = protégé de ses prédateurs.

– Après la naissance, la plupart des mammifères continuent de protéger leurs petits durant des mois ou même des années.

– Nécessite une grande dépense d’énergie pour trouver une ou un partenaire.

– Produit aussi moins de zygotes que la fécondation externe.

• La pollinisation (fécondation interne)– C’est un transfert des gamètes mâles, contenus dans le

pollen, vers les ovaires.– L’organe mâle est l’étamine et l’organe femelle est le

pistil.– Un tube pollinique amène les spermatozoïdes aux

ovules.– L’embryon consomme la nourriture entreposée à

l’intérieur de la graine où il se développe.– L’enveloppe externe protège l’embryon.

– Les fleurs colorées peuvent attirer les abeilles et d’autres insectes se nourrissant des sucres des plantes (nectar) et de pollen.

– Les abeilles visitent plusieurs fleurs et transfèrent du pollen entre des fleurs de la même espèce = abeilles sont pollinisateurs. Il y a aussi des animaux comme les roussettes (chauve-souris) ou les colibris qui sont des pollinisateurs.

• Le transport du pollen– Certaines plantes, saules,

noisetiers, ou trembles, possèdent des fleurs dépourvues de pétales.

– Les végétaux à fleurs maintiennent leurs variation génétique à l’aide des graines. Celle-ci sont à l’intérieur d’un fruit. L’animal mange le fruit et transporte loin de la plante parentale les graines à l’intérieur.

– Les conifères ont des cônes mâles et des cônes femelles. Les cônes mâles relâchent du pollen qui est transporté par le vent vers les cônes femelles. L’embryon est protégé à l’intérieur de la graine et termine le développement dans le cône.

– Les graines ailées sont souvent transportées ailleurs par des oiseaux et des animaux.

Avantages et désavantages de la reproduction sexuée

Avantages

• très peu d’énergie dépensée pour trouver un partenaire (externe)

• une grande progéniture permettant de repeupler une région après un désastre (externe)

• une meilleure protection de l’embryon et des soins parentaux prodigués à la progéniture (interne)

• une progéniture génétiquement différente des parents, donc possibilité de survivre a de nouvelles maladies ou d’autres menaces

Désavantages

• une plus grande quantité d’énergie dépensée pour trouver un partenaire (interne)

• moins de progéniture; en cas d’augmentation des prédateurs, risque de diminution de la population (interne)

• une protection insuffisante des gamètes, des embryons et de la progéniture pouvant devenir une proie (externe)

• Le développement embryonnaire– C’est le premier développement d’un organisme;

chez les humains ça se déroule au cours des deux premiers mois suivant la fécondation.

– Embryologistes : des spécialistes de l’étude des embryons.

– L’ovule fécondé, ou zygote, entame le processus de la mitose. À la fin de la première semaine, le zygote s’est divisé plusieurs fois afin de former une boule de cellules appelée :

moruladiamètre environ 0.2mm

• À la fin de la deuxième semaine, le morula développe dans une sphère de cellules creuse appelé :

blastula

diamètre environ 1.5mm

À ce stade les cellules sont aussi appelées cellules souches embryonnaires. Ces cellules peuvent se développer en n’importe quel type de cellule.

Les scientifiques ont élaboré des façons d’orienter la transformation des cellules souches embryonnaires (diabétiques)

• Les cellules de la blastula se répartissent en trois couches. À cette étape, l’embryon en développement est appelé :

gastrula– Ectoderme

• Couche extérieure; forme la peau et le système nerveux

– Mésoderme• Couche moyenne; forme les reins, le squelette; les

muscles; les vaisseaux sanguins, les organes reproducteurs

– Endoderme• Couche interne; forme les poumons, le foie et les

parois de l’appareil digestif

• Le développement fœtal– Chez les humains, ces couches de cellules

(ectoderme, mésoderme, endoderme) formeront finalement les organes et les tissus d’un bébé. Ce processus est appelé :

différenciation cellulaire

poursuit durant 38 semaines

souvent divisée en trois périodes : trimestres

– Le premier trimestre : le développement des organes

• Tous les organes commencent à se développer et à se former

• 4 semaines – cerveau et moelle épinière• 8 semaines – cellules des os• maintenant appelé un foetus• 12 semaines – les organes• à la fin – fœtus est environ 28g et 9cm

• Le deuxième trimestre = la croissance – développement rapide entre semaines 12 et 16, ralentit

entre semaines 20 et 24– à la fin – pèse environ 650g et mesure 35cm

• Le troisième trimestre = la croissance continue – continue sa croissance jusqu'à la naissance– développement du cerveau– gras se dépose sous la peau– à la fin – pèse environ 3 300g et mesure 40-50cm

6.3 Les techniques de reproduction assistée

• Les techniques de reproduction assistée offrent différentes procédures permettant aux couples infertiles d’avoir des enfants.

• Infertilité = l’incapacité d’un couple d’avoir un bébé– Environ 15% des couples

• Cause d’infertilité: insuffisante spermatozoïdes, insuffisante hormones, maladies, traitement de maladies, etc.

• Techniques de reproduction assistée = des traitements médicaux pour corriger l’infertilité; la plupart consistent à 1. prélever des ovules à une femme2. les féconder 3. introduire les embryons dans l’utérus

• L’insémination artificielle : une technique de reproduction assez ancienne (200 ans); recueillir le sperme d’un mâle puis injecter dans une femelle

• La fécondation in vitro: méthode de féconder un ovule dans une boîte de Pétri; deux à quatre jours après la fécondation, les embryons sont introduits dans l’utérus de la femme

in vitro signifie « dans le verre »

 « bébé éprouvette » chances de multiples bébés

• Le transfert tubaire des gamètes: consistant à prélever des ovules, puis les mélanger avec des spermatozoïdes afin de produire un « mélange » d’ovules et de spermatozoïdes qui est injecté dans les trompes de Fallope

• L’injection intracytoplasmique d’un spermatozoïde: consistant à injecter un seul spermatozoïde dans un ovule; le zygote ainsi obtenu est ensuite introduit dans l’utérus de la femme

• L’impact des techniques de reproduction sur la société :– Soulevé des questions et des inquiétudes :– Légère augmentation en anomalies congénitales– Embryons formés plus nombreux que nécessaires, quoi

faire avec les autres?– Recherche sur les cellules souches embryonnaires?

Sources des cellules?– Insémination artificielle par donneur anonyme?– Maternité par substitution?