Polyploïdie

Définition de la polyploïdie

La définition de lapolyploïdie est la suivante :

Par exemple, si un organisme passe de diploïde (2n) à tétraploïde (4n), il a subi unepolyploïdie .

Pour mieux comprendre ce que signifie la polyploïdie, revoyons le concept de "gènes". Les gènes sont le plan de notre biologie.

Les gènes se trouvent dans une position fixe (locus) sur un chromosome. Chaque chromosome contient une molécule linéaire d'ADN repliée plusieurs fois sur elle-même, ainsi que de l'acide ribonucléique (ARN) et des protéines.

Or, les organismes peuvent avoir différentes formes d'un même gène, appelées allèles. Par exemple, G et g sont des allèles différents du gène G.

• Un organisme est considéré comme homozygote s'il possède deux allèles identiques pour un gène ou un caractère donné.

• Un organisme est considéré comme hétérozygote s'il possède deux allèles différents pour un gène ou un caractère donné.

Lesorganismes diploïdes contiennent une paire de chromosomes, dont l'un a été hérité de la mère et l'autre du père. Comme ces chromosomes ont la même taille, la même structure et contiennent les mêmes gènes, on les appelle chromosomes homologues.

• Lorsqu'un chromosome homologue subit la réplication de l'ADN dans la phase S du cycle cellulaire, il en résulte la formation de chromatides sœurs.

Caryotype

La représentation conventionnelle de la constitution des homologues au sein du noyau est définie comme uncaryotype cellulaire .

À l'exception des ovules et des spermatozoïdes, qui ne possèdent que 23 chromosomes, toutes les cellules humaines normales contiennent 23 paires de chromosomes, soit 46 chromosomes en tout.

Sur les 23 paires de chromosomes humains, 22 sont appelés autosomes, qui ont la même apparence chez les hommes et les femmes. La 23e paire, appelée chromosomes sexuels, diffère entre les hommes et les femmes.

Il existe deux chromosomes sexuels chez l'homme : X et Y.

• Lesfemmes ont deux chromosomes X.

• Leshommes ont un chromosome X et un chromosome Y.

Le caryotype ci-dessous présente les chromosomes humains alignés par paires.

Pendant la majeure partie du cycle cellulaire, les chromosomes sont dispersés dans le noyau et ne peuvent pas être identifiés morphologiquement. Ce n'est que lorsque la cellule se divise que les chromosomes deviennent morphologiquement évidents.

Maintenant que nous avons fait le tour de la question, revenons à notre point de départ. Que se passe-t-il si une erreur se produit, modifiant le nombre de chromosomes ou le processus global ? C'est ce qu'on appelle la polyploïdie !

Types de polyploïdie

Il existe deux types fondamentaux de polyploïdie (que l'on rencontre chez les plantes) :

• l'allopolyploïdie
• L'autopolyploïdie

Mais avant de s'attaquer à la polyploïdie, tu dois comprendre un peu comment les corps fabriquent de nouvelles cellules. Les plantes sont différentes, maistoutes les cellules humaines sont diploïdes, donc lorsque les gamètes sont créés, ils doivent être haploïdes ou n'avoir qu'un seul jeu de chromosomes, afin que le nouvel organisme puisse être à nouveau diploïde.

Cependant, au cours de ce processus, il arrive que quelque chose se passe mal. Le plus souvent, un nouveau gamète reçoit deux copies des chromosomes, ce qui peut se produire lorsque les femmes produisent des ovules. Lorsqu'un ovule doté de deux jeux de chromosomes fusionne avec un spermatozoïde haploïde normal, la cellule qui en résulte possède trois jeux de chromosomes, c'est-à-dire qu'elle est triploïde (3n).

Les individus possédant un ensemble complet de chromosomes surnuméraires peuvent être produits par des accouplements artificiels ou à la suite d'événements accidentels. Dans certaines circonstances, des noyaux triploïdes (3n), tétraploïdes (4n) ou de grade supérieur, peuvent être formés. Chacun de ces niveaux de polyploïdie représente une augmentation du nombre de kits haploïdes présents.

L'allopolyploïdie

Le premier point est l'allopolyploïdie.

Dans le cas de l'allopolyploïdie, les différents actifs chromosomiques sont définis comme homéologiques, ce qui signifie qu'ils ne sont que partiellement homologues. Des problèmes surviennent lorsqu'un individu porteur d'une mutation chromosomique s'accouple avec un individu qui n'a pas de mutations chromosomiques, ce qui entraîne la stérilité.

• Comme les ensembles chromosomiques ne sont pas homologues, l'hybride est stérile: l'appariement n'est pas possible et les gamètes ne sont pas viables.

Il peut arriver, quoique rarement, que chez certaines plantes hybrides_F1, en raison de l'absence de télophase, le doublement des chromosomes se produise ; il s'ensuit que les cellules de certains tissus contiennent un ensemble chromosomique qui est la somme des deux ensembles parentaux.

L' arrangement diploïde assure cependant un fonctionnement régulier de la méiose. L'autofécondation de ces gamètes donne naissance à des plantes fertiles, car produites par une méiose régulière, les plantes dites allotetraploïdes, avec deux ensembles diploïdes.

Par conséquent, la plante allotetraploïde se comporte comme une plante diploïde normale. Le doublement des génomes dans de tels croisements entraîne la perte de la stérilité, fréquente chez les hybrides, et l'acquisition de la fertilité.

Autopolyploïdie

Voyons maintenant ce qu'est l'autopolyploïdie.

Par exemple, disons que tu as deux plantes diploïdes (2n) de la même espèce qui produisent des gamètes haploïdes (n) ; cependant, en raison de l'absence de méiose dans l'une des deux plantes parentales, des gamètes diploïdes (2n) peuvent être générés.

Le croisement entre les gamètes diploïdes (2n) et haploïdes (1n) produit un zygote triploïde (3n), dont dériveront à leur tour des gamètes haploïdes et diploïdes !

Après autofécondation (2n × 2n), on obtient le zygote autotétraploïde (4n); ce dernier, comme les autres autopolyploïdes de nombre pair, a plus de chances d'être fertile car il peut avoir une méiose régulière !

Aneuploïdie vs. polyploïdie

Comme nous l'avons appris plus haut, les organismes dont la disposition des chromosomes est complète ou normale sont appelés euploïdes (dérivé des mots grecs signifiant "bien" et "une fois").

Les organismes portant des ensembles supplémentaires de chromosomes sont appelés polyploïdes (des mots grecs signifiant "beaucoup" et "temps") et le niveau de polyploïdie est décrit en référence à un nombre de base de chromosomes, généralement indiqué par "n", qui est défini comme le nombre de chromosomes dans un arrangement. Ainsi, les diploïdes avec deux jeux de chromosomes ont 2n chromosomes, les triploïdes avec trois ont 3n arrangements, les tétraploïdes avec 4 ont 4n, et ainsi de suite.

En revanche, les organismes dont les chromosomes, ou les segments de chromosomes, sont sous-représentés ou surreprésentés sont appelés aneuploïdes.

La trisomie et la monosomie sont des exemples d'aneuploïdie. La trisomie signifie avoir 2n+1 chromosomes, tandis que la monosomie signifie avoir 2n-1 chromosomes.

Par conséquent, la principale distinction entre l'aneuploïdie et la polyploïdie est que l'aneuploïdie se réfère au changement numérique partiel du génome, généralement un seul chromosome, tandis que la polyploïdie se réfère au changement d'un ensemble complet de chromosomes. L'aneuploïdie implique un déséquilibre génétique, ce qui n'est pas le cas de la polyploïdie.

Lacytogénétique a également répertorié divers types de changements structurels dans les chromosomes.

Par exemple, un morceau de chromosome peut être joint à un autre chromosome ou un segment à l'intérieur d'un chromosome peut être inversé. Ces changements structurels sont appelés réarrangements.

Comme ces réarrangements ségrégent de façon irrégulière au cours de la méiose, ils sont souvent associés à l'aneuploïdie.

• Lescellules somatiques possèdent des paires de chromosomes homologues diploïdes (2n).

• Les cellules germinales, c'est-à-dire les ovocytes et les spermatozoïdes (gamètes), sont dites haploïdes (n).

La polyploïdie chez les plantes

Quels sont les organismes qui présentent une polyploïdie ? On l'observe le plus souvent dans le règne végétal . Des milliers d'années de culture sélective et d'amélioration des plantes ont permis de créer des plantes alimentaires fertiles, qui sont généralement tétraploïdes et hexaploïdes.

Les scientifiques ont suggéré que les deux tiers des plantes à fleurs sont polyploïdes. La plupart des fougères et des herbes sont polyploïdes, tout comme les pommes de terre, les pommes et les fraises.

De nombreuses plantes succulentes, ainsi que les plantes ornementales, celles issues de graines et de nombreux arbres fruitiers, sont polyploïdes. La polyploïdie est généralement associée à la stérilité en raison de la difficulté d'appariement des chromosomes au cours de la méiose.

L'effet le plus visible de cette condition est l'absence de graines dans les fruits comestibles, comme les bananes (3n). Le succès évolutif des espèces végétales polyploïdes peut résulter du fait que la polyploïdie, comme la duplication des gènes, fournit des copies supplémentaires de gènes ; tandis qu'une copie continue à remplir sa fonction initiale, les autres peuvent évoluer en développant de nouvelles fonctions !

Les organismes polyploïdes peuvent apparaître spontanément ou être générés en modifiant expérimentalement l'appareil fusiforme lors de la division cellulaire. Ce résultat est obtenu grâce à l'utilisation de la colchicine, un alcaloïde isolé des graines de Colchique d'automne, qui, ajouté pendant la culture des cellules végétales, inhibe la formation du fuseau avec pour conséquence le blocage de la mitose.

Ainsi, l'absence de migration des chromosomes vers les pôles détermine la formation d'un noyau tétraploïde (4n). En répétant plusieurs fois la même opération, on génère des noyaux polyploïdes.

Parmi les plantes polyploïdes les plus connues, on trouve certaines variétés de plantes ornementales à grandes fleurs, comme les jacinthes, les tulipes et les narcisses. Les triploïdes et les tétraploïdes présentent notamment des caractéristiques de plus grande valeur que les plantes haploïdes ou diploïdes, liées surtout à l'augmentation du volume des cellules, des fruits et des étamines.

Exemples de polyploïdie

Il existe beaucoup moins de types d'animaux polyploïdes que de plantes. La raison exacte de ce phénomène n'est pas entièrement connue. Certains scientifiques pensent que cela peut être dû à une augmentation de la complexité de la structure des organismes animaux par rapport aux plantes.

D'autres suggèrent que la polyploïdie peut interférer avec la formation des gamètes, la division cellulaire ou la régulation du génome. Il existe cependant quelques exceptions. Les poissons, les reptiles et les insectes sont des exemples de polyploïdie dans le règne animal.

Lesbananes sont également un exemple intéressant de polyploïdie. Les bananes sont triploïdes et habituellement, les organismes triploïdes ne peuvent pas se reproduire, car ils sont stériles. Cela signifie qu'il n'est pas possible d'obtenir des graines de banane pour semer d'autres bananes. Par conséquent, les agriculteurs coupent les pousses de la plante, avant qu'elles ne produisent des fruits et ne terminent leur cycle, et plantent une nouvelle génération.