POLYPLOÏDIE: TYPES, CHEZ L'ANIMAL, CHEZ L'HOMME, CHEZ LES PLANTES - LA BIOLOGIE - 2025

La polyploïdie est un type de mutation génétique est l'addition d'un complément complet (ensembles complets) de chromosomes au noyau cellulaire, formant des paires homologues. Ce type de mutation chromosomique est la plus courante des euploïdies et se caractérise par le fait que le corps porte au moins trois ensembles complets de chromosomes.

Un organisme (généralement diploïde = 2n) est considéré comme polyploïde lorsqu'il acquiert un ou plusieurs ensembles complets de chromosomes. Contrairement aux mutations ponctuelles, aux inversions chromosomiques et aux duplications, ce processus est à grande échelle, c'est-à-dire qu'il se produit sur des ensembles complets de chromosomes.

Source: Haploid_vs_diploid.svg: Œuvre dérivée d'Ehamberg: Ehamberg

Au lieu d'être haploïde (n) ou diploïde (2n), un organisme polyploïde peut être tétraploïde (4n), octoploïde (8n) ou supérieur. Ce processus de mutation est assez courant chez les plantes et est rare chez les animaux. Ce mécanisme peut augmenter la variabilité génétique des organismes sessiles qui ne peuvent pas se déplacer.

La polyploïdie est d'une grande importance en termes d'évolution dans certains groupes biologiques, où elle constitue un mécanisme fréquent pour la génération de nouvelles espèces car la charge chromosomique est une maladie héréditaire.

Quand se produit la polyploïdie?

Des perturbations du nombre de chromosomes peuvent survenir à la fois dans la nature et dans les populations établies en laboratoire. Ils peuvent également être induits avec des agents mutagènes tels que la colchicine. Malgré l'incroyable précision de la méiose, des aberrations chromosomiques se produisent et sont plus fréquentes qu'on ne le pense.

La polyploïdie survient à la suite de certaines altérations qui peuvent survenir au cours de la méiose soit dans la première division méiotique ou pendant la prophase, dans laquelle les chromosomes homologues sont organisés par paires pour former des tétrades et une non-disjonction de ce dernier se produit au cours de la anaphase I.

Apparition de nouvelles espèces

La polyploïdie est importante car c'est un point de départ pour créer de nouvelles espèces. Ce phénomène est une source importante de variation génétique, car il donne lieu à des centaines ou des milliers de loci dupliqués qui sont laissés libres pour obtenir de nouvelles fonctions.

Dans les plantes, il est particulièrement important et assez répandu. On estime que plus de 50% des plantes à fleurs sont issues de la polyploïdie.

Dans la plupart des cas, les polyploïdes diffèrent physiologiquement des espèces d'origine et de ce fait, ils peuvent coloniser des environnements avec de nouvelles caractéristiques. De nombreuses espèces importantes en agriculture (y compris le blé) sont des polyploïdes d'origine hybride.

Types de polyploïdie

Les polyploïdies peuvent être classées en fonction du nombre d'ensembles chromosomiques complets présents dans le noyau cellulaire.

En ce sens, un organisme qui contient «trois» ensembles de chromosomes est «triploïde», «tétraploïde» s'il contient 4 ensembles de chromosomes, pentaploïde (5 ensembles), hexaploïdes (6 ensembles), heptaploïde (sept ensembles), octoploïde (huit jeux), nonaploidae (neuf jeux), décaploïde (10 jeux), etc.

D'autre part, les polyploïdies peuvent également être classées selon l'origine des dotations chromosomiques. Dans cet ordre d'idées, un organisme peut être: autopolyploïde ou allopolyploïde.

Un autopolyploïde contient plusieurs ensembles de chromosomes homologues dérivés du même individu ou d'un individu appartenant à la même espèce. Dans ce cas, les polyploïdes sont formés par l'union de gamètes non réduits d'organismes génétiquement compatibles qui sont catalogués comme la même espèce.

Un allopolyploïde est cet organisme qui contient des ensembles non homologues de chromosomes en raison de l'hybridation entre différentes espèces. Dans ce cas, la polyploïdie se produit après l'hybridation entre deux espèces apparentées.

Polyploïdie chez les animaux

La polyploïdie est rare ou peu fréquente chez les animaux. L'hypothèse la plus répandue qui explique la faible fréquence des espèces polyploïdes chez les animaux supérieurs est que leurs mécanismes complexes de détermination du sexe dépendent d'un équilibre très délicat dans le nombre de chromosomes sexuels et d'autosomes.

Cette idée a été maintenue malgré l'accumulation de preuves d'animaux qui existent sous forme de polyploïdes. Il est généralement observé dans les groupes d'animaux inférieurs tels que les vers et une grande variété de vers plats, où les individus ont généralement des gonades mâles et femelles, ce qui facilite l'autofécondation.

Les espèces présentant cette dernière condition sont appelées hermaphrodites autocompatibles. D'autre part, il peut également survenir dans d'autres groupes dont les femelles peuvent donner une progéniture sans fécondation, par un processus appelé parthénogenèse (qui n'implique pas un cycle sexuel méiotique normal)

Au cours de la parthénogenèse, la progéniture est essentiellement produite par division mitotique des cellules parentales. Cela comprend de nombreuses espèces d'invertébrés tels que les coléoptères, les isopodes, les papillons de nuit, les crevettes, divers groupes d'arachnides et certaines espèces de poissons, d'amphibiens et de reptiles.

Contrairement aux plantes, la spéciation par polyploïdie est un événement exceptionnel chez les animaux.

Exemples chez les animaux

Le rongeur Tympanoctomys barriere est une espèce tétraploïde qui possède 102 chromosomes par cellule somatique. Il a également un effet «gigantesque» sur votre sperme. Cette espèce allopolyploïde est probablement issue de la survenue de plusieurs événements d'hybridation d'autres espèces de rongeurs comme Octomys mimax et Pipanacoctomys aureus.

Polyploïdie chez l'homme

La polyploïdie est rare chez les vertébrés et est considérée comme non pertinente dans la diversification de groupes tels que les mammifères (par opposition aux plantes) en raison des perturbations qui se produisent dans le système de détermination du sexe et le mécanisme de compensation de dose.

On estime que cinq humains sur 1000 naissent avec de graves défauts génétiques attribuables à des anomalies chromosomiques. Encore plus d'embryons présentant des anomalies chromosomiques font une fausse couche, et beaucoup d'autres n'arrivent jamais à la naissance.

Les polyploïdies chromosomiques sont considérées comme mortelles chez l'homme. Cependant, dans les cellules somatiques telles que les hépatocytes, environ 50% d'entre eux sont normalement polyploïdes (tétraploïdes ou octaploïdes).

Les polyploïdies les plus fréquemment détectées chez notre espèce sont les triploïdies et tétraploïdies complètes, ainsi que les mixoploïdes diploïdes / triploïdes (2n / 3n) et diploïdes / tétraploïdes (2n / 4n).

Dans ce dernier, une population de cellules diploïdes normales (2n) coexiste avec une autre qui a 3 ou plus de multiples haploïdes de chromosomes, par exemple: triploïde (3n) ou tétraploïde (4n).

Les triploïdies et les tétraplodes chez l'homme ne sont pas viables à long terme. Un décès à la naissance ou même quelques jours après la naissance a été signalé dans la plupart des cas, variant de moins d'un mois à un maximum de 26 mois.

Polyploïdie dans les plantes

L'existence de plus d'un génome dans le même noyau a joué un rôle important dans l'origine et l'évolution des plantes, étant peut-être l'altération cytogénétique la plus importante dans la spéciation et l'évolution des plantes. Les plantes ont été la porte d'entrée vers la connaissance des cellules avec plus de deux ensembles de chromosomes par cellule.

Dès le début des comptages chromosomiques, il a été observé qu'une grande variété de plantes sauvages et cultivées (dont certaines des plus importantes) sont polyploïdes. Près de la moitié des espèces connues d'angiospermes (plantes à fleurs) sont polyploïdes, tout comme la plupart des fougères (95%) et une grande variété de mousses.

La présence de polyploïdie dans les plantes gymnospermes est rare et très variable dans les groupes d'angiospermes. En général, il a été souligné que les plantes polyploïdes sont très adaptables, pouvant occuper des habitats que leurs ancêtres diploïdes ne pouvaient pas. De plus, les plantes polyploïdes avec plus de copies génomiques accumulent une plus grande «variabilité».

Au sein des plantes, les allopolyploïdes (les plus courants dans la nature) ont peut-être joué un rôle fondamental dans la spéciation et le rayonnement adaptatif de nombreux groupes.

Amélioration horticole

Chez les plantes, la polyploïdie peut provenir de plusieurs phénomènes différents, les plus fréquents étant peut-être des erreurs au cours du processus de méiose qui donnent naissance à des gamètes diploïdes.

Plus de 40% des plantes cultivées sont polyploïdes, parmi lesquelles la luzerne, le coton, les pommes de terre, le café, les fraises, le blé entre autres, sans lien entre la domestication et la polyploïdie des plantes.

Depuis que la colchicine a été mise en œuvre comme agent pour induire la polyploïdie, elle a été utilisée dans les plantes cultivées pour trois raisons principales:

-Pour générer de la polyploïdie chez certaines espèces importantes, dans le but d'obtenir de meilleures plantes, car dans les polyploïdes il y a généralement un phénotype dans lequel il y a une croissance notable de «gigaoctets» du fait qu'il y a un plus grand nombre de cellules. Cela a permis des avancées notables en horticulture et dans le domaine de l'amélioration génétique des plantes.

-Pour la polyploïdisation des hybrides et qu'ils retrouvent leur fertilité de telle sorte que certaines espèces soient repensées ou synthétisées.

-Et enfin, comme moyen de transférer des gènes entre espèces à différents degrés de ploïdie ou au sein d'une même espèce.

Exemples dans les plantes

Au sein des plantes, un polyploïde naturel de grande importance et particulièrement intéressant est le blé panifiable, Triticum aestibum (hexaploïde). Avec le seigle, un polyploïde appelé "Triticale" a été intentionnellement construit, un allopolyploïde avec la productivité élevée du blé et la robustesse du seigle, qui a un grand potentiel.

Le blé dans les plantes cultivées a été remarquablement essentiel. Il existe 14 espèces de blé qui ont évolué par allopolyploïdie, et elles forment trois groupes, l'un de 14, l'autre de 28 et un dernier de 42 chromosomes. Le premier groupe comprend les espèces les plus anciennes du genre T. monococcum et T. boeoticum.

Le deuxième groupe est composé de 7 espèces et dérive apparemment de l'hybridation de T. boeoticum avec une espèce d'herbe sauvage d'un autre genre appelé Aegilops. Le croisement produit un hybride stérile vigoureux qui, par duplication chromosomique, peut donner un allotétraploïde fertile.

Le troisième groupe de 42 chromosomes est l'endroit où se trouve le blé panifiable, probablement issu d'une hybridation d'une espèce tertraploïde avec une autre espèce d'Aegilops suivie d'une duplication du complément chromosomique.

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