Par Kevin Beck
Mis à jour le 30 août 2022
Alors que la plupart des cours de biologie couvrent la division cellulaire, rares sont ceux qui expliquent pourquoi la reproduction doit combiner la duplication avec des mécanismes augmentant la diversité génétique. La méiose est ce processus essentiel qui garantit que la progéniture possède un mélange unique de caractéristiques qui améliorent la survie dans des environnements changeants.
Dans la biologie quotidienne, la division cellulaire signifie généralement une simple duplication :une cellule grandit, réplique son ADN et se divise en deux cellules identiques. Ceci décrit la mitose et la fission binaire, mais néglige la danse complexe et coordonnée de la méiose, qui non seulement réduit de moitié le nombre de chromosomes, mais mélange également le matériel génétique.
Procaryotes (bactéries et archées) sont des organismes unicellulaires dépourvus d’organites liées à la membrane. Leur matériel génétique existe sous la forme d'un seul chromosome circulaire dans le cytoplasme, et la reproduction se fait par croissance, réplication de l'ADN et fission binaire.
Eucaryotes possèdent un noyau et de nombreux organites. Leur ADN est réparti sur plusieurs chromosomes (les humains en ont 46, 23 de chaque parent). Les cellules eucaryotes se divisent généralement par mitose, produisant deux cellules filles identiques, mais les cellules reproductrices subissent une méiose pour générer des gamètes haploïdes.
Les chromosomes eucaryotes sont des faisceaux d'ADN enroulés autour de protéines histones, formant une chromatine compacte. Lors de la division, la chromatine se condense en chromosomes distincts et visibles. Chaque chromosome contient deux chromatides sœurs identiques reliées par un centromère. Les chromosomes homologues (un de chaque parent) s'associent pendant la méiose pour former des bivalents.
Les cellules commencent en interphase, qui comprend la croissance (G1), la synthèse de l'ADN (S), puis la croissance et la préparation (G2). Après l'interphase, la plupart des cellules entrent en mitose (phase M). Les cellules germinales, cependant, procèdent à la méiose au lieu de la mitose.
La méiose reflète la mitose dans ses quatre phases – prophase, métaphase, anaphase, télophase – mais elle se compose de deux divisions successives, produisant quatre cellules haploïdes au lieu de deux cellules diploïdes. Les principales différences sont le croisement (recombinaison génétique) et l'assortiment indépendant, qui se produisent respectivement au cours de la prophase I et de la métaphase I.
Comprendre la méiose va au-delà de la mémorisation des noms de phases. Le premier événement critique est l’appariement de chromosomes homologues pour former des bivalents. Au cours de la prophase I, ces bivalents subissent des croisements, échangeant de petits segments d'ADN. En métaphase I, les bivalents s'alignent de manière aléatoire le long de la plaque métaphase, garantissant que chaque cellule fille reçoit un mélange de chromosomes maternels et paternels. La division suivante sépare les chromosomes homologues, et non les chromatides sœurs, tandis que la deuxième division se comporte comme une mitose ordinaire, séparant les chromatides.
Prophase I : Les chromosomes se condensent, le fuseau se forme, les homologues s'apparient en bivalents et un croisement se produit.
Métaphase I : Les bivalents s'alignent de manière aléatoire sur la plaque métaphase. Avec 23 paires de chromosomes, le nombre d'arrangements possibles est de 2^23, soit environ 8,4 millions.
Anaphase I : Les chromosomes homologues se séparent en pôles opposés, donnant deux ensembles de chromosomes non identiques. Chaque chromosome possède encore deux chromatides sœurs.
Télophase I et cytocinèse : La cellule se divise en deux noyaux haploïdes.
Prophase II, Métaphase II, Anaphase II, Télophase II : Ces étapes reflètent la mitose, séparant les chromatides sœurs et produisant quatre cellules haploïdes.
Dans une cellule humaine, la progression ressemble à ceci :
Ces gamètes fusionnent lors de la fécondation, rétablissant le nombre diploïde (46) et fournissant à chaque chromosome un nouvel homologue.