Zoom sur... comment ça se transmet les gènes?
De la formation des cellules sexuelles à celle d'un nouvel individu tout beau tout neuf

La célèbre image des chromosomes en forme de X vient un peu perturber quand on s'apprête à aborder la question des divisions cellulaires.

En effet, elle ne représente pas l'état "normal" d'un chromosome, mais un état très précis, juste avant une division cellulaire, quand le matériel chromosomique a été dupliqué. Les chromosomes en X sont en fait des chromosomes dédoublés, exactement comme quelqu'un qui se regarde dans un miroir.

Un peu d'histoire : si c'est cette image là qui est devenue la représentation célèbre des chromosomes, c'est parce que les chromosomes dédoublés juste avant une division cellulaire sont ultra-condensés. La toute première fois qu'ils ont pu être observés au microscope, c'était donc sous cette forme dupliquée.

Argh..............

C'est quand elle s'apprête à se multiplier qu'une cellule commence par dupliquer son ADN.

Les brins d'ADN qui forment une chromatide sont ouverts et ils sont recopiés : on a alors deux copies identiques de l'ADN - deux chromatides - qui sont reliées l'une à l'autre (le "nœud" qui les attache ensemble s'appelle un centromère).

Pour ne pas s'emmêler les pinceaux dans cette histoire de division cellulaire, il est très important de ne pas confondre une paire de chromosomes et un chromosome à deux chromatides. On n'a toujours que des paires de chromosomes, peu importe que les chromosomes à ce moment-là aient une ou deux chromatides identiques.

Cette phrase doit vous arracher un : "Mais bien entendu, c'est évident, pourquoi elle insiste comme ça cette idiote ?". Dans le cas contraire, c'est que le double effet chromosome en X commence à agir... Comparez les deux schémas ci-dessus : ce sont les mêmes paires de chromosomes qui sont encadrées, peu importe que les chromosomes aient une ou deux "papattes" à ce moment-là.

Tout va bien ? Alors on attaque la division cellulaire proprement dite, mitose de son petit nom. C'est par mitose que les cellules se reproduisent à l'identique dans l'organisme.

A l'issue de la mitose, on a deux cellules identiques, toutes deux parfaitements identiques à la cellule de départ dont elles découlent.

Toutes les cellules de l'organisme ont été fabriquées par mitose à partir d'une cellule de départ, créée lors de la rencontre d'un ovule et d'un spermatozoïde.

Maintenant qu'on est au point sur la duplication des chromosomes à une chromatide en chromosomes à deux chromatides et sur la mitose, on peut attaquer la formation des cellules sexuelles...

Les cellules sexuelles (ovule et spermatozoïde), gamètes de leur petit nom de code scientifique, ont la particularité de ne contenir qu'un seul chromosome de chaque paire : les paires chromosomiques sont "reconstituées" lors de la fécondation par la rencontre d'un chromosome venu du père et d'un chromosome venu de la mère. Les deux font la paire !

La fabrication des cellules reproductrices (meiose) commence, dans une première phase, par une duplication du matériel génétique : les chromosomes se dédoublent en chromosomes à deux chromatides.

Survient ensuite la grande originalité de la meiose : ce sont les paires de chromosomes qui sont séparées lors d'une première division. Après cette première phase, on a deux cellules avec un seul de chaque chromosome (à deux chromatides).

Enfin, une nouvelle division intervient, qui sépare les chromatides (exactement comme la mitose).

Au final, à partir d'une seule cellule, ont été créées 4 cellules qui contiennent un exemplaire de chaque chromosome (à un chromatide).

La moitié du patrimoine génétique du futur parent a été répartie aléatoirement dans chacune de ces cellules, et est prête à rencontrer l'autre moitié aléatoire du patrimoine génétique de l'autre parent pour former un nouvel individu.

Mais, me direz-vous, si vous n'êtes pas parti vous préparer un café avec 3 aspirines dedans, ou, plus simplement, si vous n'avez pas refermé la fenêtre : "C'est tout de même mal fichu ce truc : pourquoi diable est-ce que l'ADN est dupliqué comme pour une reproduction cellulaire ? Ca serait aussi simple de répartir les chromosomes de chaque paire en deux cellules, et basta. Je n'aurais pas eu à m'arracher les cheveux avec ces histoires de duplication, de chromatides, de division et de nouvelle division !"

J'avoue que toutes ces histoires de double-truc ont l'art d'embrouiller, et ont dégoûté à jamais de la biologie des générations d'écoliers qui ont raté leur interro sur la mitose et la meiose...

Mais la récompense est à la hauteur : cela permet de comprendre d'où vient la diversité génétique, et ce qui fait qu'un individu n'est pas uniquement un copié-collé d'un chromosome de sa mère et d'un chromosome de son père pour chaque paire, mais un individu unique.

Car si la meiose ne consistait qu'à répartir aléatoirement un exemplaire de chaque chromosome, il n'y aurait, chez le chat, que 2¹⁹ combinaisons possibles (2 puissance 19 comme les 19 paires de chromosomes du chat). Et dans ce cas là, il y aurait une chance sur 2³⁸ que des parents donnent naissance à des vrais jumeaux... à quelques années de distance (une chance sur 2⁴⁶ chez l'homme). Ca n'arriverait pas tous les jours, mais ça se verrait de temps en temps.

La moité de patrimoine génétique que chaque parent transmet à son enfant n'est pas une moitié de ses chromosomes, directement, mais une moitié recombinée.

Le phénomène de crossing-over, ou brassage intra-chromosomique

Si, lors de la meiose, le matériel chromosomique commence par être dupliqué, c'est que cela favorise les brassages génétiques.

En effet, avant que les paires de chromosomes soient scindées, celles-ci vont échanger du matériel chromosomique : les chromosomes homologues (= de la même paire) s'enjambent et échangent de l'information.

Ce gros câlin avec échange de bouts de code pour se dire adieu s'appelle le phénomène de crossing-over, ou brassage intra-chromosomique. Il s'agit d'une recombinaison du matériel génétique, pour donner de nouvelles chromatides inédites.

Ainsi, dès la fin de la première phase de meiose (la division des paires de chromosomes), grâce au phénomène de crossing-over, les quatres chromatides en jeu dans chaque paire sont déjà toutes les quatres différentes.

Les chromatides qui se sont enjambées et ont échangé de l'information génétique ne sont plus une copie des chromatides du parent, mais une recombinaison unique.

Ainsi, avant même la fécondation, les gamètes ont déjà effectué un brassage génétique créant des combinaisons nouvelles. Ce phénomène joue un rôle important dans la diversité des espèces et leur variabilité génétique, car sans lui, le patrimoine génétique tournerait rapidement en rond sans nouvelles créations : on ne serait qu'un puzzle composé de "gros bouts" de son père et de "gros bouts" de sa mère.

Les brassages inter-chromosomiques

N'oublions pas que les schémas qu'on a regardé, pour simplifier, ne montrent que quelques paires de chromosomes. Chez le chat, il y en a 19.

Quand les chromosomes sont répartis aléatoirement, puis quand les doubles chromatides recombinées sont séparées, toutes ces répartitions aléatoires accentuent encore les combinaisons originales dans chaque gamète : grâce aux recombinaisons préalables, il n'y a plus 2¹⁹ répartitions possibles, mais une infinité.

Brassages intra-chromosomiques et inter-chromosomiques démultiplient les possibilités de répartitions et de recombinaisons des gènes transmis aléatoirement aux enfants jusqu'à... l'infini. Chaque gamète est absolument unique. Il rencontrera un autre gamète complètement unique. L'ensemble donne un individu irréductiblement unique.

Quand les gènes se transmettent des parents aux enfants, ce n'est pas de manière linéaire, mais avec des recombinaisons inédites.

Ainsi, tel trait physique qu'on voit chez le petit et chez son grand-père maternel lui a été transmis par sa mère ; mais l'allèle qui détermine cette caractéristique peut très bien se trouver sur... un bout de chromosome de la grand-mère : le petit n'a pas hérité du chromosome de son grand-père comme d'un bloc.