Chromosomes, mitose et méiose

Objectifs du chapitre

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de:

• décrire un chromosome (ADN, protéines, centromère, télomères), distinguer chromatides sœurs et chromosomes homologues, et lire un caryotype humain 46,XX ou 46,XY;
• situer les phases du cycle cellulaire et ses points de contrôle, et suivre à chaque étape le nombre de chromosomes, le nombre de chromatides et la quantité d'ADN exprimée en valeurs C;
• décrire la mitose et la méiose étape par étape, expliquer pourquoi la première division de méiose est réductionnelle et la seconde équationnelle, et reconnaître la phase d'une cellule décrite;
• expliquer l'appariement des homologues, les chiasmas et le crossing-over, et en déduire qu'un enjambement donne deux chromatides parentales et deux recombinées;
• dénombrer les combinaisons chromosomiques des gamètes et des zygotes ($2^n$, $2^{2n}$), calculer la probabilité d'un gamète entièrement d'origine maternelle, et dire pourquoi le crossing-over la rend négligeable;
• comparer spermatogenèse et ovogenèse, situer l'arrêt de l'ovocyte en prophase I, et relier le comportement des chromosomes en méiose aux lois de Mendel et aux erreurs qui produisent les aneuploïdies.

Les chromosomes

L'ADN empaqueté

Rappelons l'essentiel du cours «Biologie cellulaire». L'information génétique d'une cellule humaine est portée par de très longues molécules d'ADN linéaires, enroulées autour de protéines, les histones: c'est la chromatine, que le chapitre 7 décrira. Le génome haploïde humain compte environ $3,1\times 10^9$ paires de bases (pb); mis bout à bout, l'ADN d'une cellule diploïde mesurerait environ 2,11 m, et le seul chromosome 1, d'environ 249 Mb, environ 8,5 cm. Pendant la plus grande partie de la vie de la cellule, la chromatine est décondensée; les chromosomes n'apparaissent comme des bâtonnets nets qu'au moment de la division, lorsqu'elle se condense fortement.

Cette convention de comptage évite la plupart des erreurs de ce chapitre: une cellule humaine compte 46 chromosomes avant comme après la réplication; ce qui double, c'est le nombre de chromatides, et avec lui la quantité d'ADN. Les deux chromatides sœurs sont identiques, à de rares erreurs de réplication près (chapitre 9).

Centromère et télomères

Le centromère est la région où s'assemble le kinétochore, complexe protéique sur lequel s'accrochent les microtubules du fuseau de division; un fragment de chromosome sans centromère se perd lors de la division (chapitre 6). Au microscope, le centromère apparaît comme une constriction primaire qui divise le chromosome en un bras court, noté p (pour «petit»), et un bras long, noté q.

Les télomères coiffent les extrémités. Chez l'humain, ils sont faits de la répétition en tandem de la séquence 5′-TTAGGG-3′, protégée par des protéines; sans eux, une extrémité ressemblerait à une cassure double brin et serait «réparée» par fusion avec un autre chromosome. Le chapitre 7 expliquera pourquoi ils raccourcissent à chaque réplication.

Forme des chromosomes

La position du centromère donne à chaque chromosome une silhouette caractéristique, base d'une première classification:

• métacentrique: centromère près du milieu, bras p et q de longueurs voisines (chromosomes 1, 3, 16, 19 et 20 chez l'humain);
• submétacentrique: centromère nettement décentré, bras p plus court que q (chromosomes 2, 4 à 12, 17, 18 et l'X);
• acrocentrique: centromère très proche d'une extrémité, bras p minuscule (chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22, et l'Y dans la classification usuelle).

Les bras courts des acrocentriques humains portent des gènes répétés des ARN ribosomiques; leur perte, quand deux acrocentriques fusionnent par leurs bras longs (translocation robertsonienne, chapitre 6, définition 6.4), n'a pas de conséquence apparente, car ces gènes existent en de nombreuses copies sur les autres. Certains organismes ont des chromosomes télocentriques, à centromère terminal; l'espèce humaine n'en a pas.

Homologues et ploïdie

Dans une cellule humaine ordinaire, les chromosomes vont par paires. Chaque paire réunit un chromosome reçu de la mère, par l'ovule, et un chromosome reçu du père, par le spermatozoïde.

Les chromatides sœurs sont des copies l'une de l'autre, produites par la réplication; les homologues sont des versions l'un de l'autre, venues de deux parents. À un locus donné, deux chromatides sœurs portent le même allèle; deux homologues peuvent porter $A$ et $a$, et c'est sur cette différence que reposera la génétique de transmission du chapitre 2.

Chez l'humain, $2n=46$ et $n=23$. La ploïdie compte des jeux de chromosomes, la valeur C de l'ADN: une cellule diploïde qui vient de répliquer son ADN reste diploïde, mais passe de 2C à 4C. En prenant pour la masse moyenne d'une paire de bases la valeur usuelle et approximative de 650 g·mol⁻¹, 1C vaut environ 3,35 pg chez l'humain, et une cellule diploïde en G1 contient environ 6,69 pg d'ADN.

Le caryotype

Établir un caryotype

On ne voit des chromosomes individualisés que dans des cellules en division. On met donc en culture des lymphocytes du sang stimulés par un mitogène, ou, en prénatal, des cellules du liquide amniotique ou des villosités choriales (chapitre 14). Un poison du fuseau, la colchicine ou un dérivé, empêche l'assemblage des microtubules: les cellules entrées en mitose s'accumulent en métaphase, où les chromosomes sont le plus condensés. On les fait gonfler par un choc hypotonique, on les fixe, on les étale et l'on colore; le marquage G (trypsine, puis colorant de Giemsa) fait apparaître des bandes propres à chaque chromosome. Le chapitre 6 détaillera ces bandes et les méthodes qui voient plus fin.

Le caryotype humain

L'humain possède 22 paires d'autosomes, numérotées de 1 à 22, et une paire de chromosomes sexuels: XX chez la femme, XY chez l'homme. Les autosomes ont été numérotés par taille apparente au microscope, et l'ordre n'est pas parfait: le chromosome 21, environ 46,7 Mb, est le plus petit, plus court que le 22, et le 19 est plus court que le 20; les numéros sont restés, ce sont des noms. On range traditionnellement les autosomes en sept groupes, de A (1 à 3) à G (21 et 22, petits acrocentriques, avec l'Y), l'X se rangeant par sa taille dans le groupe C (6 à 12).

L'X, d'environ 156 Mb, est riche en gènes; l'Y, d'environ 57 Mb, en porte peu, dont SRY, qui déclenche le développement testiculaire (chapitre 3). L'X et l'Y ne sont homologues que sur de courts segments terminaux, les régions pseudo-autosomiques, qui leur permettent de s'apparier en méiose masculine. Tous les ovules portent un X; la moitié des spermatozoïdes porte l'X, l'autre moitié l'Y.

Le cycle cellulaire

Quatre phases

Une cellule qui prolifère parcourt un cycle cellulaire en quatre phases. En G1 (de l'anglais gap, intervalle), phase de croissance, elle contient 2C et ses chromosomes n'ont qu'une chromatide. En phase S (synthèse), chaque molécule d'ADN est copiée une fois et une seule: chaque chromosome est désormais fait de deux chromatides sœurs, tenues par les cohésines, et la cellule passe de 2C à 4C sans changer de nombre de chromosomes. La phase G2 prépare la division, et la phase M comprend la mitose, partage du noyau, et la cytocinèse, partage du cytoplasme. G1, S et G2 forment l'interphase. Beaucoup de cellules adultes sortent du cycle vers un état de repos, G0, d'où certaines peuvent revenir sur un signal, comme un lymphocyte stimulé.

Points de contrôle et cyclines

Le cycle franchit des points de contrôle, où la cellule vérifie que l'étape précédente est achevée et correcte avant d'engager la suivante:

• en fin de G1 (le point de restriction): la cellule s'engage à répliquer son ADN si les signaux de croissance sont présents et si son ADN n'est pas endommagé. Une lésion de l'ADN active la protéine p53, qui arrête le cycle le temps de la réparation, ou déclenche la mort cellulaire programmée si les dégâts sont trop importants;
• en G2, avant la mitose: la réplication doit être complète et l'ADN intact;
• en métaphase, le point de contrôle du fuseau: l'anaphase ne commence que lorsque tous les kinétochores sont attachés aux microtubules et sous tension.

Le moteur du cycle est une famille de kinases, les kinases dépendantes des cyclines (CDK), actives seulement associées à une cycline, protéine dont la concentration monte et descend au fil du cycle. Les cyclines D (avec CDK4 et CDK6) répondent aux signaux de croissance en G1, la cycline E (avec CDK2) déclenche l'entrée en phase S, la cycline A accompagne la phase S, la cycline B (avec CDK1) déclenche la mitose. La sortie de mitose passe par la destruction de la cycline B et d'un inhibiteur de la séparation des chromatides par un complexe, l'APC/C, que le point de contrôle du fuseau maintient inactif tant qu'un chromosome est mal attaché.

Une cellule cancéreuse est, entre autres, une cellule dont ces freins sont lâchés: TP53, qui code p53, est l'un des gènes les plus souvent mutés dans les tumeurs humaines (chapitre 14), et beaucoup de chimiothérapies visent les cellules en division.

La mitose

Une division qui conserve

La mitose fait d'un zygote un organisme entier, renouvelle les tissus et multiplie les lymphocytes d'une réponse immunitaire. Son résultat est la conservation.

Étape par étape

On découpe ce processus continu en phases, par commodité.

1. Prophase. La chromatine se condense; chaque chromosome devient visible comme deux chromatides accolées. Hors du noyau, les deux centrosomes, dupliqués pendant l'interphase, s'écartent et organisent le fuseau de microtubules.
2. Prométaphase. L'enveloppe nucléaire se fragmente. Des microtubules du fuseau capturent les kinétochores; chaque chromatide sœur a son propre kinétochore, et les deux kinétochores d'un chromosome s'attachent à des pôles opposés.
3. Métaphase. Les chromosomes s'alignent sur le plan équatorial, la plaque métaphasique, chacun tiré vers les deux pôles à la fois. Le point de contrôle du fuseau vérifie que tous sont attachés de cette façon.
4. Anaphase. Une protéase, la séparase, coupe les cohésines; les chromatides sœurs se séparent et sont tirées vers les pôles opposés. Dès cet instant, chaque chromatide est un chromosome à part entière: la cellule compte brièvement 92 chromosomes, 46 vers chaque pôle.
5. Télophase. Une enveloppe nucléaire se reforme autour de chaque lot, la chromatine se décondense.
6. Cytocinèse. Un anneau contractile étrangle la cellule animale en deux; la cellule végétale construit une paroi entre les deux noyaux.

La quantité d'ADN au fil de la mitose

Suivons une cellule humaine. En G1, elle a 46 chromosomes d'une chromatide, 2C. Après la phase S, et jusqu'en métaphase: 46 chromosomes, 92 chromatides, 4C. En anaphase, la cellule compte 92 chromosomes (on compte les centromères), toujours 4C. Chaque cellule fille a 46 chromosomes d'une chromatide, 2C. Le cycle des valeurs C est donc 2C → 4C → 2C: la réplication double l'ADN sans changer le nombre de chromosomes, la division le partage.

La méiose

Deux divisions pour une réplication

Si les gamètes étaient produits par mitose, le nombre de chromosomes doublerait à chaque génération. La reproduction sexuée exige une division qui le réduit de moitié; August Weismann l'avait prédit en 1887 par ce raisonnement même.

La figure 1.2 met les deux divisions côte à côte pour une cellule à $2n=4$. Toute la différence se joue en métaphase. En mitose, chaque chromosome s'aligne seul sur l'équateur et ses deux chromatides partent vers des pôles opposés. En métaphase I, ce sont les paires d'homologues qui s'alignent, un homologue de chaque côté de l'équateur, et ce sont les homologues entiers qui partent vers des pôles opposés.

Prophase I: appariement, synapsis, crossing-over

La prophase I, longue, est découpée en cinq stades nommés d'après l'aspect des chromosomes.

• Leptotène. Les chromosomes, répliqués avant la méiose, se condensent; une enzyme, Spo11, introduit des cassures double brin, points de départ des futurs échanges.
• Zygotène. Chaque chromosome s'accole à son homologue sur toute sa longueur: c'est la synapsis, stabilisée par le complexe synaptonémal. La paire, deux homologues et quatre chromatides, est un bivalent.
• Pachytène. Certaines cassures sont réparées en prenant pour matrice une chromatide de l'homologue, ce qui aboutit à des crossing-over.
• Diplotène. Le complexe synaptonémal se défait et les homologues s'écartent, sauf aux chiasmas, points où un crossing-over a eu lieu. Les ovocytes humains s'arrêtent à ce stade, pour des années.
• Diacinèse. Condensation maximale; les bivalents, tenus par leurs chiasmas, s'attachent au fuseau.

Un crossing-over n'engage que deux des quatre chromatides du bivalent (figure 1.3): sur les quatre produits de la méiose, deux reçoivent une chromatide recombinée, deux une chromatide parentale. Un crossing-over entre deux loci produit donc 50 % de recombinés pour ces loci, et non 100 %; le chapitre 5 en tirera la mesure de la distance entre gènes.

Chaque bivalent reçoit presque toujours au moins un crossing-over, et c'est une nécessité mécanique autant qu'une source de diversité: les chiasmas, avec la cohésion des chromatides au-delà d'eux, tiennent les homologues ensemble jusqu'à l'anaphase I. Un bivalent sans chiasma ne se met pas sous tension de part et d'autre de l'équateur, et ses homologues risquent de partir vers le même pôle: c'est un candidat à la non-disjonction.

La méiose I sépare les homologues

En métaphase I, les deux kinétochores sœurs d'un homologue s'attachent au même pôle, et les deux homologues à des pôles opposés. Chaque bivalent s'oriente indépendamment des autres. En anaphase I, les cohésines des bras sont coupées, ce qui libère les chiasmas, mais celles du centromère sont protégées (par la shugoshine): les homologues se séparent, chacun avec ses deux chromatides. Chaque pôle reçoit $n$ chromosomes, un de chaque paire, encore formés de deux chromatides.

La méiose II sépare les chromatides

La méiose II suit sans nouvelle réplication et ressemble à une mitose dans une cellule haploïde: en métaphase II, $n$ chromosomes à deux chromatides s'alignent un à un; en anaphase II, les cohésines centromériques sont coupées et les chromatides se séparent. Chaque cellule finale reçoit $n$ chromosomes d'une chromatide: 1C. Une réplication pour deux divisions: 2C → 4C par la phase S, 4C → 2C par la méiose I, 2C → 1C par la méiose II. Les chromatides séparées en méiose II ne sont d'ailleurs plus forcément identiques, si l'une a participé à un crossing-over: «équationnelle» décrit le nombre de chromosomes, pas l'absence d'effet génétique.

Assortiment indépendant et diversité des gamètes

L'orientation des bivalents

En métaphase I, chaque bivalent peut s'orienter de deux façons, l'homologue maternel tourné vers un pôle ou vers l'autre, indépendamment des autres bivalents et avec la même probabilité. Il en découle un dénombrement.

Démonstration. Pour chaque paire, le gamète reçoit l'homologue maternel ou l'homologue paternel: deux possibilités. Un gamète est entièrement décrit par la suite des $n$ choix, et il y a $2^n$ suites. Par l'indépendance des orientations, la probabilité d'une suite donnée est le produit des probabilités de ses $n$ choix (règle du produit pour des événements indépendants, «Probabilités et statistique», chapitre 2), soit $(1/2{)}^n$; en particulier pour la suite «maternel partout». Les gamètes des deux parents étant formés indépendamment, un zygote est décrit par une paire (combinaison de l'ovule, combinaison du spermatozoïde), d'où $2^n\times 2^n$ paires.

Ce dénombrement est un minimum: il ignore les crossing-over, qui multiplient les combinaisons à l'intérieur de chaque chromosome.

Le grand-parent dont on hérite

Chaque gamète contient, pour chaque paire, un chromosome venu d'un des deux grands-parents de l'enfant qui en naîtra. «Nous héritons d'un quart de notre génome de chacun de nos grands-parents» n'est vrai qu'en moyenne; l'exemple suivant montre jusqu'où l'écart pourrait aller, et pourquoi le crossing-over le resserre.

L'explorateur suivant dessine les $n$ paires d'une cellule en méiose I et un gamète tiré au hasard.

Augmentez $n$ un à un: le nombre de types de gamètes double à chaque pas. À $n=23$, faites défiler les tirages sans crossing-over: le nombre de chromosomes maternels du gamète tourne autour de 11 ou 12, rarement loin. C'est une loi binomiale de paramètres 23 et 1/2 («Probabilités et statistique», chapitre 4), et l'on calcule que les deux valeurs les plus probables, 11 et 12, ont chacune une probabilité d'environ 16,1 %. Activez ensuite le crossing-over: la plupart des chromosomes tirés deviennent des mosaïques. Le modèle place exactement un échange par paire, une convention didactique que la réalité dépasse.

Trois sources de variation

La reproduction sexuée produit de la diversité génétique par trois mécanismes, qui se combinent.

1. L'assortiment indépendant des homologues en méiose I: $2^{23}$ combinaisons chromosomiques par gamète chez l'humain.
2. Le crossing-over en prophase I, qui recombine les allèles portés par un même chromosome: le nombre de combinaisons n'est plus borné par $2^{23}$, puisque chaque chromosome transmis est lui-même un assemblage nouveau.
3. La fécondation, qui associe au hasard un ovule et un spermatozoïde, issus de deux individus différents, et multiplie les combinaisons des deux.

Aucun ne crée d'allèle: les allèles nouveaux viennent des mutations (chapitre 9). Mais le brassage est tel que, sauf les vrais jumeaux, issus d'un même zygote, deux personnes n'ont pratiquement aucune chance d'avoir le même génome.

La gamétogenèse

Les gamètes proviennent de la lignée germinale, mise à part tôt dans le développement, dont les cellules prolifèrent par mitose dans les gonades avant d'entrer en méiose. Les deux sexes suivent le même schéma chromosomique, avec des calendriers très différents.

La spermatogenèse

La spermatogenèse se déroule dans les tubes séminifères, en continu, de la puberté à un âge avancé. Les spermatogonies, cellules souches diploïdes, se divisent par mitose: une partie entretient le stock, une autre s'engage vers la méiose. Chaque spermatocyte de premier ordre (ou spermatocyte I), $2n$ et 4C après sa phase S, accomplit la méiose I et donne deux spermatocytes de deuxième ordre ($n$, 2C), qui accomplissent la méiose II et donnent en tout quatre spermatides ($n$, 1C). Les spermatides se transforment en spermatozoïdes (spermiogenèse: noyau très condensé, acrosome, flagelle, perte du cytoplasme). Une méiose masculine donne quatre gamètes. Et parce que les spermatogonies se divisent toute la vie, le génome transmis par un homme âgé est passé par davantage de réplications: c'est l'explication principale de l'effet de l'âge paternel sur les mutations nouvelles (chapitre 9).

L'ovogenèse et l'arrêt en prophase I

Les ovogonies se multiplient par mitose dans l'ovaire du fœtus, puis toutes entrent en méiose avant la naissance: devenues ovocytes de premier ordre (ovocytes I), elles s'arrêtent au stade diplotène de la prophase I. Cet arrêt, le dictyotène, peut durer plusieurs décennies. À la naissance, l'ovaire ne contient qu'un stock fini d'ovocytes I, qui ne fait ensuite que décroître.

À partir de la puberté, à chaque cycle, en général un seul ovocyte reprend la méiose, peu avant l'ovulation. La méiose I s'achève par une division très inégale: l'ovocyte de deuxième ordre ($n$, 2C) garde presque tout le cytoplasme, l'autre lot de chromosomes est expulsé dans une petite cellule, le premier globule polaire. L'ovocyte II commence la méiose II et s'arrête à nouveau, cette fois en métaphase II: c'est sous cette forme qu'il est ovulé. La méiose II ne s'achève que si un spermatozoïde pénètre l'ovocyte; elle expulse alors le second globule polaire, et le noyau maternel haploïde (1C) s'unit au noyau paternel. Une méiose féminine donne un seul gamète et deux ou trois globules polaires (le premier ne se divise pas toujours), qui dégénèrent; l'inégalité concentre dans une cellule les réserves de l'embryon.

Pourquoi l'âge maternel

Un ovocyte ovulé à 40 ans a passé plus de 40 ans en prophase I, ses homologues tenus par des chiasmas et des cohésines mises en place avant la naissance. L'hypothèse classique de l'effet de l'âge maternel sur les aneuploïdies part de là: au fil d'un arrêt aussi long, la cohésion s'affaiblirait et les homologues ou les chromatides se sépareraient mal à la reprise de la méiose. Des travaux chez la souris et sur des ovocytes humains montrent une perte de cohésines avec l'âge; d'autres mécanismes sont discutés. Le chapitre 6 décrira l'effet et ses conséquences: le chromosome 21 surnuméraire d'une trisomie 21 est d'origine maternelle dans environ 90 % des cas.

Cycles de vie

Chez les animaux, le cycle est diplontique: l'organisme est diploïde et seuls les gamètes, produits directement par la méiose, sont haploïdes. Chez beaucoup d'algues et de champignons, il est haplontique: l'organisme est haploïde, le seul stade diploïde est le zygote, qui fait aussitôt une méiose (méiose zygotique), et les gamètes sont produits par mitose. Les plantes terrestres ont une alternance de générations: un sporophyte diploïde produit, par méiose, des spores haploïdes qui germent en un gamétophyte haploïde, lequel produit des gamètes par mitose; la fécondation redonne un sporophyte. Chez les mousses, la plante visible est le gamétophyte; chez les plantes à fleurs, c'est le sporophyte, et le gamétophyte se réduit à quelques cellules. La levure Saccharomyces cerevisiae, avec ses 16 chromosomes et un génome d'environ 12 Mb, vit indifféremment à l'état haploïde ou diploïde, ce qui en fait un organisme modèle commode pour la génétique de la méiose. Partout, la méiose fait la même chose; seul change le moment où elle intervient.

La méiose, base physique des lois de Mendel

En 1866, Gregor Mendel avait conclu de ses croisements de pois que chaque caractère est gouverné par une paire de «facteurs» qui se séparent dans les gamètes, les paires se répartissant indépendamment. Son travail, redécouvert en 1900, ignorait tout des chromosomes. En 1902–1903, Walter Sutton, sur la méiose d'une sauterelle, et Theodor Boveri, sur des embryons d'oursin, ont remarqué que les chromosomes se comportent exactement comme ces facteurs: c'est la théorie chromosomique de l'hérédité.

Le parallèle tient en quatre points:

• les facteurs vont par paires dans les cellules du corps, et un seul de chaque paire passe dans un gamète: les chromosomes aussi, par paires d'homologues;
• un membre de chaque paire vient de chaque parent: c'est le cas des homologues;
• les deux facteurs d'une paire se séparent dans les gamètes: les homologues se séparent en anaphase I. C'est la base physique de la loi de ségrégation, que le chapitre 2 énoncera;
• des paires différentes se répartissent indépendamment: les bivalents s'orientent indépendamment en métaphase I (théorème 1.1). C'est la base physique de la loi d'assortiment indépendant du chapitre 2.

Le dernier point annonce aussi la limite de la seconde loi: deux gènes portés par le même chromosome voyagent ensemble, sauf lorsqu'un crossing-over les sépare. C'est la liaison (chapitre 5). La théorie, d'abord une corrélation, a reçu sa preuve en 1910, lorsque Thomas Hunt Morgan a relié un caractère de la drosophile au chromosome X (chapitre 3).

Quand la méiose se trompe

Si les deux homologues d'une paire partent vers le même pôle en anaphase I, ou les deux chromatides sœurs en anaphase II, on parle de non-disjonction: certains gamètes portent deux exemplaires du chromosome, d'autres aucun. Fécondés par un gamète normal, ils donnent un zygote trisomique (47 chromosomes) ou monosomique (45). La plupart de ces aneuploïdies sont incompatibles avec le développement et sont une cause importante de fausses couches; quelques-unes sont viables, dont la trisomie 21 (47,XX,+21 ou 47,XY,+21), la monosomie X du syndrome de Turner (45,X) et le syndrome de Klinefelter (47,XXY). Le chapitre 6 montrera quels gamètes produit une non-disjonction en méiose I et en méiose II (théorème 6.1 et exemple 6.1), et comment des marqueurs génétiques permettent de dire laquelle s'est produite.

Synthèse

• Un chromosome est une molécule d'ADN linéaire associée à des protéines, avec un centromère et deux télomères; après la réplication, il comporte deux chromatides sœurs, copies l'une de l'autre. Les homologues, l'un maternel et l'autre paternel, portent les mêmes gènes, avec des allèles éventuellement différents. On compte les chromosomes par les centromères, l'ADN par les chromatides.
• L'humain a $2n=46$: 22 paires d'autosomes et XX ou XY. Le caryotype, établi sur des cellules en métaphase et écrit 46,XX ou 46,XY, range les chromosomes par taille et position du centromère (métacentriques, submétacentriques, acrocentriques).
• Le cycle G1, S, G2, M est piloté par les complexes cycline–CDK et trois points de contrôle. La phase S fait passer de 2C à 4C sans changer le nombre de chromosomes; la mitose sépare les chromatides sœurs et donne deux cellules identiques, $2n$ et 2C.
• La méiose enchaîne deux divisions après une seule réplication. En prophase I, les homologues s'apparient en bivalents, et des crossing-over entre chromatides non sœurs, visibles comme chiasmas, donnent deux chromatides parentales et deux recombinées. La méiose I, réductionnelle, sépare les homologues ($n$, 2C); la méiose II, équationnelle, sépare les chromatides ($n$, 1C).
• L'orientation indépendante des bivalents donne $2^{23}=8388608$ combinaisons de gamètes et combinaisons de zygotes par couple, sans compter le crossing-over; un gamète entièrement grand-maternel a une probabilité sans crossing-over, au plus avec au moins un échange par bivalent.

Exercices

Vous pouvez afficher le corrigé directement sous chaque énoncé après avoir cherché la solution.

Références

• Alberts, B. et al., Biologie moléculaire de la cellule, Lavoisier (trad. de Molecular Biology of the Cell, Norton) — chromosomes et chromatine, cycle cellulaire, cyclines et points de contrôle, mitose, méiose.
• Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. & Palladino, M. A., Génétique, Pearson (trad. de Concepts of Genetics) — mitose et méiose, gamétogenèse, théorie chromosomique de l'hérédité.
• Griffiths, A. J. F., Doebley, J., Peichel, C. & Wassarman, D. A., Introduction à l'analyse génétique, De Boeck (trad. de Introduction to Genetic Analysis, Macmillan) — méiose et ségrégation, crossing-over au stade à quatre chromatides, cycles de vie.
• Nussbaum, R. L., McInnes, R. R. & Willard, H. F., Génétique médicale, Elsevier Masson (trad. de Thompson & Thompson Genetics and Genomics in Medicine) — caryotype humain, gamétogenèse, origine des aneuploïdies.
• Strachan, T. & Read, A., Human Molecular Genetics, CRC Press — structure des chromosomes humains, centromères et télomères.