Transcript cycle de développement

chapitre 2
Méiose, fécondation et stabilité de
l’espèce
Chaque espèce est caractérisée par le nombre de chromosomes contenu dans le noyau de
chaque cellule somatique d'un individu. Ces caractéristiques sont transmises de génération
en génération grâce à la reproduction sexuée.
Plan
• A) Le cycle de développement et la stabilité des espèces
•
•
•
1) Le cycle de développement d’un Champignon
2) Le cycle de développement d’un Mammifère
3) Bilan sur les cycles de développement
• B) La méiose ou le passage à l’état haploïde
•
•
1) Comportement des chromosomes au cours de la méiose
2) Comportement des allèles au cours de l’interphase
• 3) BILAN
• C) La fécondation ou le rétablissement de la diploïdie
• D) Les anomalies de la méiose
•
•
1) quelques exemples
2) Les dépistages des anomalies chromosomiques
• E) Exercices corrigés
A Le cycle de développement
et la stabilité des espèces
1) Le cycle de développement d’un Champignon
Sordaria macrospora est un champignon ascomycète. Les filaments mycéliens
issus de la germination des spores sont constitués de files de cellules dont le
noyau comporte n chromosomes.
Nous allons utiliser deux types de souches : une à spores jaunes et l’autre à spore
noires.
Souche jaune
Souche noire
Le cycle de développement d’un Champignon
Comme tous les champignons filamenteux,
Sordaria est constitué d’un mycélium qui sont des
alignements de cellules ou articles. Celui-ci se
forme après la germination d’une spore.
Vue en microscopie électronique à balayage de la
germination de spores haploïdes qui donnent un
filament mycélien de Sordaria.
Vue microscope photonique à fond noir d'un mycélium de
Sordaria. On distingue les parois cellulaires et donc les
limites de chaque cellule.
Le cycle de développement d’un Champignon
Dans certaines conditions, 2 filaments mycéliens peuvent fusionner pour former une cellule à
2 noyaux haploïdes. Cette cellule se divise par mitoses successives et est à l’origine d’un
organe en forme de coupe, le périthèce.
Hybride
Détail de quelques périthèces issus du croisement de 2
souches de Sordaria l’une à spores jaunes et l’autre à
spores noires.(Observation à la loupe.) Chaque boule noire
correspond à un périthèce. C’est une sphère renfermant
des asques dans lesquels les spores sont formées.
Le cycle de développement d’un Champignon
Dans certaines cellules du périthèce, les 2 noyaux fusionnent ce qui correspond à une
fécondation. Cette fusion aboutit à la formation d’une cellule diploïde que l’on peut assimiler à
une cellule œuf.
Sitôt formée, cette cellule subit une méiose à l’origine de 4 cellules haploïdes. Chacune de
ces cellules se divise ensuite par mitose.
Les 8 cellules sont des spores nommées aussi ascospores. Elles sont contenues dans une
paroi commune : l’ensemble constitue un asque.
Détail d’un asque contenant des
ascospores (Microscope optique).
Le cycle de développement d’un Champignon
Détail d’un périthèce éclaté issu du croisement de 2 souches de Sordaria l’une à spores jaunes et l’autre à spores
noires. (Observation au microscope optique.) On utilise pour réaliser un croisement la souche à spores noires et la
souche à spores jaunes.
Lorsque le croisement se réalise entre filaments issus de spores de la même couleur, les asques obtenus ne
contiennent que des spores d’une seule couleur.
Lorsque le croisement se réalise entre les filaments issus de spores de couleurs différentes les asques obtenus
contiennent des spores de 2 couleurs.
Développement
par mitose
Spore
filaments mycéliens
filaments mycéliens
périthèces
Rencontre
caryocinèse
Fusion des cellules=
2n
asque
Périthèce
Fusion des
noyaux =
fécondation
2e division= 1ère division
équationnelle =réductionnelle
Le cycle de développement d’un Champignon
Chez le champignon ascomycète Sordaria, la phase haploïde prédomine sur la phase diploïde
qui est réduite à la cellule œuf. Cette dernière subit immédiatement la méiose et donne des
cellules haploïdes qui, par mitoses successives, construisent un organisme adulte haploïde.
Cycle de reproduction de Sordaria
Mitose
Mitose uniquement à
l’état haploïde. Les
cellules diploïdes ne
se multiplient pas.
Haplophase
Filament mycélien
(organisme adulte à n
chromosomes)
Spore
MEIOSE
Cycle haplophasique
Diplophase
Cellule œuf
Cellule reproductrice
(2n chromosomes)
(n chromosomes)
FECONDATION
Cellule reproductrice
(n chromosomes)
2) Le cycle de développement d’un Mammifère
La fécondation constitue le point de départ de la construction d'un nouvel organisme,
présentant toutes les caractéristiques typiques de l'espèce à laquelle les parents
appartiennent.
Par des divisions successives (mitoses), cette cellule œuf forme un nouvel individu
Caryotype obtenu à partir d’une cellule
somatique diploïde humaine (lymphocyte)
La cellule-œuf (zygote) obtenue à partir de la fécondation
est diploïde, c'est-à-dire contenant 2 exemplaires de
chacun des chromosomes caractéristiques de l'espèce.
Le cycle de développement d’un Mammifère
La fécondation implique la rencontre entre des cellules spécialisées, les gamètes, émises
par les gonades du mâle (spermatozoïdes) et de la femelle adultes (ovules)..
Caryotype obtenu à partir d’un gamète
Les gamètes sont des cellules haploïdes : elles ne
comportent qu'un exemplaire de chaque chromosome
Évolution du nombre de chromosomes au cours de la reproduction sexuée
+
cellules diploïdes (2n)
1
méïose
2
gamètes haploïdes (n)
oeuf ou zygote
(2n)
ovule
fécondation
La reproduction sexuée est donc marquée par deux événements compensateurs : la méiose et la
fécondation.
La fécondation produit une cellule diploïde par assemblage de 2 gamètes haploïdes.
La méiose produit des gamètes haploïdes à partir de cellules diploïdes.
Cycle de reproduction des Mammifères
Organisme mâle adulte
Mitose uniquement à
l’état diploïde. Les
cellules haploïdes ne
se multiplient pas.
Cycle diplophasique
Diplophase
MEIOSE
Mitose
Haplophase
Cellule oeuf
Gamète mâle
FECONDATION
Gamète femelle
Le cycle de développement
Le cycle de vie (ou cycle de développement) est la période de temps pendant laquelle
se déroule la vie complète d'un organisme vivant par reproduction.
Les cycles de vie sont caractérisés une double alternance : une alternance de phases et
une alternance de générations. Les phases et les générations n'ont pas de lien entre
elles.
La phase est le maintien d'un état chromosomique (n ou 2n) au cours de divisions
cellulaires mitotiques.
La définition des phases est basée sur le caryotype des cellules (n ou 2n chromosomes),
indépendamment du nombre de cellules (mais au moins ceux cellules issues d'une
mitose) ou de leur organisation en organisme. Les phases sont délimitées par la
fécondation et la méiose.
3) Bilan sur les cycles de développement
Le cycle de développement se caractérise par l'alternance d'une phase haploïde, qui s'étend
de la méiose à la fécondation, et d'une phase diploïde qui s'étend de la fécondation à la méiose.
Cette alternance régulière permet de maintenir constant le nombre de chromosomes
caractéristique de l'espèce de génération en génération. L'importance relative des phases
haploïdes et diploïdes peut varier d'une espèce à l'autre, définissant ainsi des cycles de
développement différents. Le cycle des mammifères est dit diplophasique alors que celui de
Sordaria est haplophasique.
B) La méiose
ou
le passage à l’état haploïde
1) Comportement des chromosomes au cours de
la méiose : observations microscopiques
Certains groupes d'espèces ont des figures de méiose plus facilement observables que d'autres.
Chez l’ail des ours, la méiose peut être observée dans les organes mâles des plantes à fleurs
(étamines), au sein de sacs, les anthères, où sont produits les grains de pollen, qui contiennent
les gamètes mâles.
Jeune inflorescence d'Ail des ours à un stade favorable.
Observations microscopiques
Certains groupes d'espèces ont des figures de méiose plus facilement observables que d'autres.
Chez l’ail des ours, la méiose peut être observée dans les organes mâles des plantes à fleurs
(étamines), au sein de sacs, les anthères, où sont produits les grains de pollen, qui contiennent
les gamètes mâles.
Une anthère écrasée, vue générale.
A plus fort grossissement, les cellules mères des pollens
sont parfaitement visibles.
Observations microscopiques
Les différentes phases de la méiose
Prophase 1 :les chromosomes
Métaphase 1: les chromosomes homologues de
homologues, formés de 2 chromatides
sœurs, se condensent, et se
rapprochent l’un de l'autre. Ils
s'apparient étroitement sur toute leur
longueur et forment des ensembles de
4 chromatides ou tétrades. L'enveloppe
nucléaire est encore présente.
chaque paire se disposent sur le plan équatorial de
la cellule.
Observations microscopiques
Les différentes phases de la méiose
Anaphase 1: les paires se séparent,
Télophase 1 : A l’issue de cette division, les 2
chaque chromosome s'éloigne alors de
son homologue et migre vers l'un du
pôles de la cellule.
cellules issues de la 1ère division de méiose
possèdent un chromosome de chaque paire
constitué de 2 chromatides
Observations microscopiques
Les différentes phases de la méiose
Population de cellules en méiose II :La
deuxième division méiotique n'est pas
précédée par une duplication de l'ADN. En
prophase 2, le matériel chromosomique se
condense et les chromosomes apparaissent
formés de 2 chromatides.
· En métaphase 2, les chromosomes se
placent sur le plan équatorial de la cellule.
Cellules en fin de méiose II : En
anaphase 2, les chromatides de chaque
chromosome se séparent et migrant vers
chacun des pôles de la cellule. À l'issue de
la télophase 2, les 4 cellules formées
possèdent un lot haploïde de chromosomes
à 1 chromatide
Comportement des chromosomes au cours de la
méiose
métaphase 1
une cellule à 2n
chromosomes
prophase 1 : appariement
des chromosomes
homologues
quatre cellules à
n chromosomes
anaphase 1
réduction
chromatique
anaphase 2
télophase 1
1) Comportement des chromosomes au cours de la méiose : aspect quantitatif de la méiose
métaphase 1
anaphase 1
anaphase
télophase
1
Évolution de la teneur en ADN
au sein2d’une cellule
en division
de méiose.
2) Comportement des allèles au cours de l’interphase
Les chromosomes homologues sont presque identiques.
La plupart des gènes sont identiques, mais certains
peuvent être légèrement différents.
chromosomes homologues dans la cellule mère
des gamètes (phase G1)
Comportement des allèles au cours de l’interphase
avant la réplication de l’ADN
allèle B
allèle b
Les variantes d’un même gène sont appelées
des allèles.
Ainsi, B et b sont 2 allèles d’un gène.
après la réplication de l’ADN
B
B b
b
les deux chromosomes en fin
de phase S et en début de phase G2
3) BILAN
La méiose est un processus de division cellulaire qui permet le passage d'une cellule diploïde,
contenant des chromosomes à deux chromatides, à quatre cellules filles haploïdes, aux
chromosomes à une seule chromatide. Elle peut être segmentée en deux étapes : une division
réductionnelle pendant laquelle les chromosomes homologues de la cellule mère se séparent et
se répartissent dans deux cellules filles. Et la division équationnelle pendant laquelle les
chromatides de chaque chromosome se séparent et se répartissent équitablement dans deux
nouvelles cellules filles.
C) La fécondation
ou
le rétablissement de la diploïdie
Les modalités de la fécondation dans le monde
vivant
La fécondation correspond à la fusion de deux gamètes haploïdes, qui mettent en commun leurs
n chromosomes. Elle permet donc de rétablir la diploïdie de la cellule-œuf.
Chez les espèces haploïdes, il n'y a généralement pas de véritables gamètes différenciés. Ce
sont les cellules haploïdes de l'organisme qui fusionnent pour donner une cellule-œuf.
Les modalités de la fécondation dans le monde vivant
Chez les espèces diploïdes, la fécondation se traduit
par l'union de 2 gamètes haploïdes mâle et femelle : le
spermatozoïde et l'ovule. Il s'agit de 2 cellules
différenciées et spécialisées dans la reproduction.
L'ovule est une cellule immobile et volumineuse
contenant des réserves et le spermatozoïde est mobile
grâce à un flagelle. La rencontre des 2 gamètes peut
s'effectuer dans le milieu extérieur (fécondation externe)
ou dans les voies génitales de la femelle (fécondation
interne). Dans tous les cas, la pénétration d'un seul et
unique spermatozoïde dans l'ovule reconstitue les paires
de chromosomes homologues dans la cellule-œuf, (une
réplication de l'ADN se produit dans les 2 pronuclei,
chacun comportant alors un lot haploïde de
chromosomes à 2 chromatides) contribuant ainsi au
maintien du nombre de chromosomes au cours des
générations.
D) Les anomalies de la méiose
Les anomalies de la méiose
La méiose est une étape clé du cycle de la reproduction sexuée. La fabrication des
spermatozoïdes, ou spermatogénèse, aboutit à partir d'une cellule mère diploïde à la formation
de 4 spermatozoïdes haploïdes. Les mécanismes de l'ovagénèse sont similaires, mais une
seule cellule sur les 4 est fonctionnelle et forme l'ovule. Si des anomalies surviennent au cours
de ce processus méiotique, la cellule-œuf résultant de la fécondation peut présenter des
aberrations du nombre de chromosomes, ou aneuploïdies, de type 2n + 1 (trisomie) ou de type
2n - 1 (monosomie).
Les anomalies de la méiose
La méiose est une étape clé du cycle de la
reproduction sexuée. La fabrication des
spermatozoïdes, ou spermatogénèse,
aboutit à partir d'une cellule mère diploïde à la
formation de 4 spermatozoïdes haploïdes.
Les mécanismes de l'ovagénèse sont
similaires, mais une seule cellule sur les 4 est
fonctionnelle et forme l'ovule. Si des
anomalies surviennent au cours de ce
processus méiotique, la cellule-œuf résultant
de la fécondation peut présenter des
aberrations du nombre de chromosomes, ou
aneuploïdies, de type 2n + 1 (trisomie) ou de
type 2n - 1 (monosomie).
Caryotype présentant une trisomie 21
Phénotype de la trisomie 21
nb de cas pour 1000 naissances
80
1/12
60
• Petite stature
40
1/32
• Tête large et courte, cou court
• Repli de peau du côté intérieur des yeux
20
• Nez plat
1/110
• Petites oreilles avec de curieux replis
• Mains courtes avec une seule ligne transverse
20
30
40
âge de la mère
50 ans
FECONDATION
Monosomie 21
Trisomie 21
2n=2
n=1
n=0
2n=2
n=1
FECONDATION
Individu avec monosomie
Individu avec trisomie
n=1
Individu non atteint
Anomalies induites par la non-disjonction des
chromosomes sexuels à la méïose
Ces gamètes peuvent être viables et être fécondés. Les embryons obtenus sont viables à
l’exception de ceux qui n’ont aucun chromosome X.
X
Y
+
XY
O
+
XX
XXX
XXY
X
XXY
XO
O
XO
YO
X
XXY
XO
XXY = syndrome de Klinefelter
XO = syndrome de Turner
XXX = trisomie X
Phénotype du syndrome de Turner
XO
Pas de chromosome Y  sexe féminin
 La plupart du temps l'embryon ne parvient pas à terme
 Petite stature, corps trapu, thorax large, cou à l’aspect triangulaire
(deux replis de peau joignent les épaules et la tête).
 seins peu développés et très écartés.
 Ovaires sclérosés, non fonctionnels (stérilité et absence de
menstruations).
 Intelligence normale, mais on note parfois des troubles
d'apprentissage et d'orientation.
Phénotype du syndrome de Klinefelter (un cas sur 700 environ)
XXY  sexe masculin
 Bras et jambes allongés de façon disproportionnée.
Testicules peu développés ne produisant pas de spermatozoïdes.
 Parfois présence de légers caractères sexuels secondaires féminins
(seins apparents, hanches larges)
 Intelligence normale, mais on note parfois des difficultés
d'apprentissage.
Processus méiotiques à l’origine de ces anomalies du caryotype
Lors de non
Cas
la méiose,
séparation
il peutdes
arriver
chromosomes
que les chromosomes
sexuels : sexuels ne se séparent pas.
Les deux chromosomes
Normalement,
un gamètesexuels
possède
migrent
un seul
dans
chromosome
le même gamète.
21. Dans le cas d'une
présence de deux chromosomes 21, on peut expliquer ce défaut par une nondisjonction des chromosomes homologues (lors de la première division de méiose), ou
des chromatides soeurs (lors de la deuxième division de méiose).
Processus méiotiques à
l’origine de ces anomalies du
Lors caryotype
de la méiose, il peut arriver que les chromosomes sexuels ne se séparent pas.
Les deux chromosomes sexuels migrent dans le même gamète.
Cas de non séparation des
chromosomes non sexuels :
Processus méiotiques à l’origine de ces anomalies du caryotype
Cas de non séparation des chromosomes sexuels :
Lors de la méiose, il peut arriver que les chromosomes sexuels ne se séparent pas.
Les deux chromosomes sexuels migrent dans le même gamète.
XY
XX
méïose
méïose
XY
XX
ovule à 24
chromosomes
ovule à 22
chromosomes
Processus méiotiques à l’origine de ces anomalies du caryotype
Lors de la méiose, il peut arriver que les chromosomes sexuels ne se séparent pas.
Les deux chromosomes sexuels migrent dans le même gamète.
XY
XX
méïose
méïose
XY
XX
ovule à 24
chromosomes
ovule à 22
chromosomes
= Anomalie du nombre de chromosomes sexuels
Les dépistages des anomalies
chromosomiques
Dépistage des anomalies chromosomiques : l’amniocentèse
liquide amniotique
Réalisable à partir de la 14e semaine de la
seringue
hypod.
grossesse.
Suite au prélèvement de 20-30 ml de
utérus
liquide, les cellules recueillies sont mises
en culture pendant 2 à 3 semaines afin
d’augmenter leur nombre et de réaliser un
cellules
foetales
McGrawHill Companies Inc.
caryotype.
Dépistage des anomalies chromosomiques : biopsie de villosités choriales
Réalisable à partir de la 8e semaine de la
sonde de
l’échographe
grossesse.
Une canule est introduite dans le vagin
jusqu'à
l'utérus,
sous
contrôle
échographique ou endoscopique, afin
d'aspirer quelques villosités. Le nombre
de cellules prélevées étant élevé, il n’est
pas nécessaire de faire une culture de
longue durée. Les résultats sont obtenus
2-3 jours après le prélèvement.
CORRIGÉS DES EXERCICES
Le corrigé de la partie « Tester ses connaissances» ainsi que le corrigé des
exercices 2 et 3, page 127 figurent à la fin du manuel de l'élève (pages 424
et 425).
Voici quelques éléments de corrigé pour les autres exercices.
Exercice 1, page 126
Des étapes caractéristiques de la méiose.
Les chromosomes sont ici bien visibles, individualisés mais
encore peu condensés: ils ont l'aspect de filaments encore
longs et fins. On dénombre 7 ensembles constitués chacun de
deux chromosomes homologues alignés parallèlement,
accolés en certains points et plus ou moins enchevêtrés. Cet
appariement des chromosomes homologues est caractéristique
de la prophase de la 1 ère division méiotique. Il s'agit ici du
début de cette prophase; elle révèle que l'appariement des
chromosomes homologues débute très précocement.
Exercice 4, page 128
Le cycle de développement de la levure.
Cet exercice est uniquement un exercice de réflexion puisque les cycles de
développement autres que diploïde ou haploïde ne sont pas au programme.
1. L'étape X est la formation d'une cellule par fusion de deux autres cellules:
c'est une fécondation, formation d'une cellule diploïde à partir de deux
cellules haploïdes.
Les levures C sont diploïdes, issues d'une fécondation. L'étape Y permet, à
partir de telles levures, la formation de levures qui pourront à nouveau
féconder: c'est donc une méiose, passage de l'état diploïde à l'état haploïde.
Les levures A et B qui sont susceptibles de participer à une fécondation sont
haploïdes et comportent donc 17 chromosomes. Les levures C qui se
forment par mitoses après la fécondation sont diploïdes et comportent donc
34 chromosomes.
2. Ce cycle de développement diffère des cycles étudiés car la phase
haploïde et la phase diploïde sont ici toutes deux bien développées.
Exercice 5, page 128
.Le caryotype de l'ovocyte au moment de l'ovulation. Sur ce caryotype
on peut dénombrer 23 chromosomes. Il y a un exemplaire de chaque type
chromosomique, la cellule est donc haploïde. La 1re division de la méiose
- non disjonction de l'ensemble de l'équipement chromosomique.
Conséquences: triploïdie (non viable).
Il peut également y avoir une anomalie au cours de la fécondation: la
fécondation d'un ovule par deux spermatozoïdes en même temps forme une
cellule œuf triploïde (caryotype non viable).
s'est donc produite, permettant le passage à n chromosomes. Cependant
chaque chromosome est encore à l'état dupliqué (« double », à deux
chromatides). La seconde division de la méiose, qui assure le passage de n
chromosomes bi-chromatidiens à n chromosomes mono-chromatidiens , ne
s'est pas encore déroulée.
Il s'agit donc bien d'une cellule qui résulte de la 1re division de la méiose.