LES ACCIDENTS GÉNÉTIQUES DE LA MÉIOSE

Les crossing-over sont des mécanismes normaux au cours de la méiose. Ce n'est pas une anomalie lorsqu'un crossing-over se produit entre chromosomes homologues en prophase 1. C'est le moment où les chromosomes sont appariés, ils sont tellement proches qu'il se produit parfois des enjambements : des croisements précis à des endroits des chromatides et des échanges de chromatides entre chromosomes homologues. On ne peut pas prédire où ces crossing-over se produisent mais il s’en produit à chaque méiose. Parfois les portions échangées ne sont pas équivalentes : elles ne portent pas forcément les mêmes gènes ou en tout cas, le même nombre de gènes.

I. Mécanisme de crossing-over inégal

On a représenté une paire de chromosomes homologues appariés (prophase 1 de la méiose). Ces chromosomes homologues sont dupliqués et on a représenté sur chacun quatre gènes : A, B, C et D. Le chromosome numéro 1 a ses chromatides numérotées 1 et 3 qui portent donc A, B, C et D représentés en rouge. Ce chromosome est apparié à son homologue dont on a représenté les gènes en bleu (A, B, C et D) sur les chromatides 2 et 4. On a aussi représenté un point d’enjambement qu'on appelle chiasma. Au niveau des chiasmas, il peut se produire un échange dans les chromatides.

Le chiasma se situe entre B et C sur le chromosome dont les gènes sont représentés en rouge alors qu'il se situe entre les gènes A et B sur la chromatide où les gènes sont représentés en bleu. Il n'y a donc pas d'équivalence pour les deux chromosomes homologues sur la position du chiasma. Lorsque le chiasma est mal situé, c’est-à-dire qu'il n'est pas placé au même endroit du chromosome, s'il y a échange de portions de chromosomes, ces portions ne vont pas être équivalentes. Sur le schéma, elles ne sont pas équivalentes dans leur longueur et donc dans les gènes qui vont être échangés.

Dans le résultat de ce crossing-over inégal, on a remis les quatre chromatides (une chromatide par chromosome) comme en fin de méiose. Il y aurait un premier gamète qui porterait la chromatide 1 qui n'a pas été concernée par le crossing-over inégal (elle a toujours quatre gènes rouges A, B, C, D). En revanche, la chromatide 2 porte le gène A bleu et seulement C et D en rouge. Elle a donc perdu le gène B. On parle d'une perte ou plus précisément d'une délétion génique (perte d'un gène entier). La chromatide 3 possède A et B en rouge puis à nouveau B, C et D en bleu. Il y a eu donc un ajout : elle a deux fois le gène B. On parle d'une insertion génique. Puisqu'il y a deux fois le gène B sur cette chromatide, dans ce gamète, on peut dire qu'il y a eu une duplication, c’est-à-dire une copie du gène B. Enfin, la dernière chromatide numéro 4, n'a pas été concernée par le crossing-over et porte A, B, C, D en bleu : c'est une chromatide inchangée par rapport au début de méiose. On a donc pour le chromatide 2 et 3 le résultat d'un crossing-over inégal : une délétion d’un gène entier et une insertion d'un gène entier.

II. Conséquences du crossing-over inégal

Quand on a perdu un gène entier ou bien gagné un gène entier, on est au-delà des mutations ponctuelles. Que va-t-il se passer ? Ce crossing-over inégal a abouti à une duplication du gène B.

Dans les générations qui vont suivre, imaginons que le gamète qui contenait la chromatide numéro 3 soit utilisé et donne naissance à un individu qui vit normalement. Supposons que la duplication de ce gène B n'apporte pas de handicap mettant en péril la survie, soit de la cellule œuf, soit de l’individu par la suite. Imaginons que ce gamète donne naissance à un nouvel individu qui va lui-même transmettre son patrimoine génétique à sa descendance, etc. Au fil des générations, que va-t-il se passer ?

Nous avons maintenant dans cette lignée deux versions du gène B. Or, on sait que l'ADN subit des mutations aléatoires et imprévisibles au cours du temps. Donc plus il y a de générations, plus les deux versions du gène B vont subir des mutations. Cependant, comme ces mutations sont aléatoires et qu'elles se produisent sur l'ensemble des gènes, les mutations vont être différentes pour les deux versions du gène B possédées par cette lignée et donc il ya des mutations distinctes qui vont finalement donner naissance à deux versions légèrement différentes (mais de plus en plus différentes) du gène B. On peut les appeler B et B’. Chaque version de ce gène va évoluer de son côté, c’est-à-dire subir ses propres mutations qui, au fil du temps, vont transformer très légèrement ce gène B.

III. Familles multigéniques

Au final, sur ce chromosome, on a deux gènes qui étaient identiques au départ (duplication du gène B) et sont devenus B et B’. Auparavant, ils étaient côte à côte dans le génome. Il existe parfois certains mécanismes génétiques qui déplacent des portions de chromosomes dans le génome. On peut supposer que les gènes B vont, soit rester proches, soit éventuellement être séparés l'un de l'autre.

On a aussi deux gènes qui vont avoir des séquences nucléotides très ressemblantes. On peut les comparer avec des logiciels comme Anagène ou GénieGen. Si on comparait B et B’, on trouverait un fort pourcentage de nucléotides en commun entre la séquence B et la séquence B’.

Les rôles (fonction au niveau moléculaire et au niveau de l'organisme de ces gènes) vont à priori rester comparables. Si les gènes B et B’ ont des séquences nucléotidiques proches, alors les protéines seront elles aussi à priori ressemblantes et pourraient jouer des rôles comparables dans l'organisme. Mais, il arrive parfois qu'une simple mutation puisse changer complètement la forme ou le rôle de la protéine codée.

Ces gènes B et B’, qui vont évoluer distinctement l'un de l'autre, forment alors une famille multigénique. Une famille mulitgénique est un ensemble de deux ou plus de gènes qui ont une origine commune. Dans l'exemple, cette origine est due à la duplication génique du gène B au cours d'un crossing-over anormal qui a donné naissance sur un chromosome (le chromosome numéro 3) à deux versions du gène B. Ces versions évoluent ensuite séparément, subissent leurs propres mutations mais constituent quand même une famille multigénique dans le sens où elles vont se ressembler au niveau nucléotidique. Elles peuvent rester proches dans le génome et elles peuvent conserver des fonctions similaires au niveau des protéines et des caractères codés par ces gènes.

On peut prendre l'exemple des iodopsines, protéines permettant de capter la couleur, la lumière dans la rétine. Elles font partie des photorécepteurs. Ces iodopsines, il en existe trois types chez l'homme : l'iodopsine S, l'iodopsine M et l'iodopsine L. Ces trois protéines sont codées par des gènes qu’on considère faisant partie d’une famille multigénique, c’est-à-dire qu’ils descendent tous les trois d’un unique gène ancestral.