Biologie

Le mot méiose trouve son origine dans la langue grecque. Il signifie diminuer ; cela fait référence à la diminution du nombre de chromosomes au sein de la cellule. La méiose est le processus de réduction des chromosomes dans les cellules eucaryotes (plantes, animaux et champignons), qui conduit à la production de cellules germinales (gamètes/cellules sexuelles) nécessaires à la reproduction sexuée. Au cours de la méiose, un double jeu de chromosomes (diploïde) est réduit à un seul jeu de chromosomes (haploïde) pour produire des cellules germinales ou spores. Lorsque celles-ci se combinent lors de la reproduction sexuée, le zygote qui en résulte est un diploïde. Ainsi, le nombre de chromosomes de l’espèce est conservé lors de la reproduction sexuée.

Pourquoi ?

C’est une question de nombre de chromosomes. Si un humain, avec n = 46 chromosomes, ou deux paires de n = 23 chromosomes, se reproduisait sans réduction chromosomique, l’ovule et le spermatozoïde auraient tous deux n = 46 chromosomes. Lorsque ceux-ci fusionnent pour former un gamète, le zygote (embryon) possède n = 92 chromosomes, soit le double du nombre nécessaire ! Cela entraînerait des anomalies génétiques chez l’enfant. De plus, imaginez que cet enfant se reproduise avec un autre enfant ayant n = 92 chromosomes : leur enfant aurait 184 chromosomes ! Ce nombre serait en constante augmentation. Ainsi, une réduction chromosomique est nécessaire à la pérennité de chaque espèce.

Avant le début de la méiose, les chromosomes du noyau de la cellule subissent une réplication. En effet, la méiose produit quatre cellules filles avec la moitié des chromosomes de la cellule mère ; ou quatre cellules haploïdes à partir d’une seule cellule diploïde. N’oubliez pas que les termes haploïde et diploïde font référence au nombre de chromosomes dans la cellule : les cellules haploïdes contiennent un jeu de chromosomes (n) tandis que les cellules diploïdes contiennent deux jeux complets de chromosomes (2n). Comme vous pouvez le constater, le calcul n’est pas parfait : la cellule mère doit d’abord être transformée en une cellule 4n (tétraploïde) avant que la division ne commence. Ainsi, une cellule avec n = 46 chromosomes sera convertie en une cellule avec n = 92 chromosomes, qui, après la méiose, produira quatre cellules avec n = 23 chromosomes.

La méiose commence à peu près de la même façon que la mitose. Après la réplication chromosomique, tous les chromosomes se séparent en chromatides sœurs (les deux moitiés identiques d’un chromosome). Toutefois, les similitudes s’arrêtent là. Dans la méiose, un processus supplémentaire se produit : celui de la recombinaison ou du crossing over. Lors de la recombinaison, les paires de chromosomes s’alignent et se recombinent, de sorte que chaque chromosome contient un morceau d’un autre. De cette façon, la diversité génétique est assurée.

Ainsi, la méiose utilise la recombinaison pour produire quatre cellules filles haploïdes qui ne sont pas identiques à leur cellule mère diploïde ou entre elles.

Les phases de la méiose

La méiose est divisée en deux parties, ou divisions, qui comportent chacune plusieurs phases. Ce sont la prophase I, la métaphase I, l’anaphase I et la télophase I dans la méiose I ; et la prophase II, la métaphase II, l’anaphase II et la télophase II dans la méiose II. Vous aurez besoin d’une certaine terminologie pour comprendre ces phases :

• Bivalent – une paire de chromosomes homologues maintenus ensemble par un chiasma.
• Chiasma – point de croisement lorsque les chromosomes échangent du matériel génétique.
• Centromère – point de constriction d’un chromosome.
• Dyade – moitié d’une tétrade ; une moitié d’une paire synapsée de chromosomes homologues.
• Chromosomes homologues – la paire de chromosomes formée par un chromosome original et sa duplication. Ces chromosomes ne sont pas identiques.
• Plaque de métaphase – la ligne médiane de la cellule.
• Monade – après séparation, chaque chromosome d’une tétrade forme une monade. Une dyade sans la synapse à son chromosome homologue.
• Enveloppe nucléaire – la double membrane qui entoure le noyau.
• Nucléole – le centre de production de l’ARNr dans le noyau.
• Chromatides sœurs – les deux chromatides identiques qui forment un chromosome.
• Fibres du fuseau – un faisceau de microtubules allant d’un pôle de la cellule à l’autre, le long duquel les chromosomes se déplacent.
• Synapse/synapsis – le processus par lequel deux chromosomes homologues entrent en contact physique l’un avec l’autre.
• Tétrade – une paire de chromosomes homologues maintenus ensemble par un chiasma.

Méiose I

Voici une image complète de la méiose I (figure 1), nous allons passer en revue chaque phase en détail. Vous devriez être en mesure de comprendre l’importance de chaque phase et la raison de chaque étape. Une fois que vous aurez compris cela, vous serez préparé à répondre aux questions d’examen sur la méiose I.

Source de l’image : Wikimedia Commons

Figure 1 : Les quatre étapes de la méiose I, la phase de prophase étant en outre séparée en quatre sous-phases

1. Prophase I

La prophase I est caractérisée par trois événements principaux : la condensation de la chromatine en chromosomes visibles, la synapse des chromosomes dans chaque paire homologue et le croisement du matériel génétique entre ces chromosomes synapsés. La prophase I est encore subdivisée en cinq phases discrètes : leptonème, zygonème, pachyneme, diplonème et diakinésie (figure 2).

Source de l’image : Wikimedia Commons

Figure 2 : Les différentes étapes de la prophase de la méiose I

Leptonéma

Aussi appelée stade leptotène, cette phase est caractérisée par la condensation de la chromatine pour former des chromosomes visibles. La recherche d’homologie commence.

Zygonema

Cette phase est également connue sous le nom de stade zygotène. La recherche d’homologie se poursuit, les chromosomes homologues s’alignent en appariement grossier, formant des bivalents. Le complexe synaptonémal commence à se former.

Pachynema

Aussi appelé stade pachytene, cette phase comprend la poursuite du développement du complexe synaptonémal entre les paires homologues de bivalents, conduisant à la synapse. À ce stade, il est clair que chaque bivalent contient deux paires de chromatides soeurs. Les chromatides sœurs d’une paire sont des chromatides non sœurs des chromatides sœurs de l’autre paire. Ensemble, les quatre chromatides sont appelées tétrades. Le croisement ou la recombinaison du matériel génétique entre les paires de chromatides non sœurs se produit.

Diplonème

Cette phase est également connue comme le stade diplotène. Les paires de chromatides sœurs commencent à se séparer. Les chromatides non sœurs restent en contact à des points appelés chiasmata (chiasma au singulier), où l’échange génétique s’est produit pendant le crossing over.

Diakinèse

Les chromosomes se séparent davantage mais restent attachés par les chiasmata des chromatides non sœurs. La séparation entraîne le déplacement des chiasmates vers les extrémités des chromatides, un processus connu sous le nom de terminaison. L’enveloppe nucléaire et le nucléole se détériorent, et les centromères de chaque chromosome se fixent aux fibres du fuseau, avant de s’aligner sur la plaque de métaphase. Les chromosomes sont encore par paires, qui forment des tétrades.

2. Métaphase I

Cette phase est similaire à la métaphase de la mitose. The spindle fibers attached to the centromere of each tetrad align the chromosomes so that one half of each tetrad is oriented towards each pole.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 3: The alignment of tetrads during metaphase I of meiosis I

3. Anaphase I

At anaphase I, the chromosomes do not split into their sister chromatids, but each tetrad is split into its chromosome pairs (dyads). These are pulled to opposite poles in a process known as disjunction. Anaphase ends with the same number of dyads at each pole as the haploid number of the parent cell.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 4: The splitting of chromosome dyads during anaphase I

4. Telophase I

In some organisms, telophase I is entered and a nuclear membrane forms around the dyads at each pole, before a short interphase period is reached. In other organisms, telophase I is skipped, and meiosis II is entered.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 5: Formation of nuclear membrane isolating the two dyads

Meiosis II

Once again, we will explore the second meiosis phase much like the first one. Here is a full picture of meiosis II following telophase I:

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 6: The four stages of meiosis II, with four haploid cells at the end of this phase

1. Prophase II

Sister chromatids form dyads connected by a centromere. These are situated at the center of the cell. No condensation of chromatic material or dissolving of nuclear membranes need occur.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 7: The sister chromatids from the dyads are attached by a centromere during prophase II

2. Metaphase II

Spindle fibers attached to the centromere of each sister chromatid align the dyads at the metaphase plate, with one half of the dyad facing toward each pole.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 8: The metaphase plate forms separating each half of the dyad

3. Anaphase II

The spindle fibers attached to each sister chromatid shorten, and each is pulled to an opposing pole of the cell.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 9: Like in anaphase I, the sister chromatids are pulled towards opposite ends

4. Telophase II

The chromatids (monads) are situated at the poles of the cell. Cytokinesis occurs, wherein a nuclear membrane forms around each set of chromosomes, and the cell divides into two cells with a haploid number of chromosomes. Thus, four haploid gametes are formed, which can now recombine during sexual reproduction to form a zygote.

Image Source: Wikimedia Commons

Figure 10 : Quatre cellules filles haploïdes se forment au cours de la télophase II

Vue d’ensemble de la méiose

Les détails de la méiose peuvent être accablants ; ci-dessous, nous soulignerons quelques points clés des deux phases de la méiose. Pendant la recombinaison, les chromosomes de chaque parent échangent les extrémités de leurs chromosomes homologues. De cette façon, chaque paire de chromosomes homologues possède un peu de l’autre. Le point où les chromosomes échangent du matériel est appelé chiasma.

Source de l’image : Wikimedia Commons

Figure 11 : Échange de matériel génétique au cours de la méiose et gamètes résultants

Pourquoi la méiose est-elle importante dans l’étude de la biologie ?

La méiose est importante pour trois raisons principales : elle permet la reproduction sexuée des organismes diploïdes, elle permet la diversité génétique et elle aide à la réparation des défauts génétiques.

1. Permet la reproduction sexuée des organismes diploïdes

Comme mentionné précédemment, la méiose permet la réduction d’une cellule diploïde en un gamète haploïde, qui peut ensuite se recombiner avec un autre gamète haploïde pour créer un zygote diploïde.

2. Permet la diversité génétique

Le crossing over ou recombinaison des gènes qui se produit lors de la méiose réarrange les allèles présents dans chaque chromosome d’une paire homologue, permettant le mélange des gènes paternels et maternels, l’un ou l’autre pouvant s’exprimer dans la descendance résultante. Cela permet la diversité génétique dans une population, qui constitue un tampon contre les défauts génétiques, la susceptibilité de la population aux maladies et les changements dans l’environnement. Sans cette recombinaison, le patrimoine génétique des populations stagnerait, et un seul événement pourrait anéantir une population entière. La diversité génétique signifie qu’il y aura certains individus au sein d’une population donnée qui seront plus à même de survivre à une perte d’habitat, à une modification de la disponibilité de la nourriture, à un changement de régime climatique, à des maladies ou à d’autres événements catastrophiques, assurant ainsi la continuité des espèces.

3. Aide à la réparation des défauts génétiques

La recombinaison qui se produit lors de la méiose peut encore aider à la réparation des défauts génétiques dans la génération suivante. Si un défaut génétique est présent sur un certain allèle d’un parent, la recombinaison peut remplacer cet allèle par l’allèle sain de l’autre parent, permettant ainsi une descendance saine.

Comment la méiose est-elle différente de la mitose ?

La mitose est la production de deux cellules filles diploïdes génétiquement identiques à partir d’une cellule mère diploïde. La méiose produit quatre cellules filles haploïdes génétiquement distinctes à partir d’une seule cellule parentale diploïde. These germ cells can then combine in sexual reproduction to form a diploid zygote.

Meiosis only occurs in eukaryotic organisms which reproduce sexually, whereas mitosis occurs in all eukaryotic organisms, including those which reproduce asexually.

The table below summarizes the similarities and differences between meiosis and mitosis.

Meiosis	Mitosis
Similarities
Can only occur in eukaryotes
DNA replication occurs first
Production of daughter cells based on parent cell’s genetic material
Means of cell replication in plants, animals, and fungi
Differences
Starts as diploid; ends as haploid	Starts as diploid; ends as diploid
Chromosome number is reduced	Chromosome number is conserved
Chromosome pairs undergo synapsis	No synapsis occurs
Used for sexual reproduction	Used for growth/healing/asexual reproduction
2 nuclear divisions	1 nuclear division
8 phases	5 phases
Daughter cell not identical to parent cell	Daughter cell identical to parent cell
Results in 4 daughter cells	Results in 2 daughter cells
Produces germ cells	Produces somatic cells
Occurs only in sexual organisms	Occurs in asexual and sexual organisms

Wrapping Up Meiosis and Biology

We now know that meiosis is the process of chromosomal reduction which allows the production of haploid germ cells necessary for sexual reproduction. Meiosis is furthermore important for its role in enabling genetic diversity and facilitating the repair of genetic defects through recombination.

The benefits that meiotic reproduction gives over mitotic reproduction are that mitotic reproduction produces identical cells, conserving the chromosomal set and the genes within, whereas meiosis allows for the expression of new traits because of the process of crossing over. Sans la méiose, qui maintient la diversité génétique au sein des populations, les organismes ne seraient pas en mesure de s’adapter à leur environnement, ni d’évoluer, ni de survivre à des événements catastrophiques. La diversité génétique d’une population est son outil le plus fiable dans la lutte pour la survie de l’espèce.

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