Polyploïdie

Représentation de configurations chromosomiques haploïde, diploïde, triploïde et tétraploïde. Les configurations triploïde et tétraploïde sont des cas particuliers de polyploïdes.
Paléopolyploïdie chez les eucaryotes, d'après Wolfe (2001), Adams & Wendel (2005), Cui et al. (2006).
Spéciation via la polyploïdie : une cellule diploïde dysfonctionne lors de la méiose, produisant des gamètes diploïdes qui s'autofertilisent pour donner un zygote tétraploïde.

Une cellule biologique est polyploïde lorsqu'elle contient trois exemplaires (3n) de chaque chromosome (triploïde), quatre exemplaires (4n) de chaque chromosome (tétraploïde), ou davantage. Le concept complète ceux d'haploïde (un seul exemplaire, 1n) et de diploïde (deux exemplaires, 2n).

L'autopolyploïdie résulte d'une multiplication d'un même génome, alors que l'allopolyploïdie représente un montage réunissant deux ou plusieurs génomes différents.

Occurrence dans la nature

Plantes

La triploïdie peut exister de façon normale chez les plantes. De même, la tétraploïdie se retrouve chez un certain nombre d'espèces végétales, notamment parmi les fraises, tomates, roses et trèfles.

Les plantes supportent beaucoup mieux la polyploïdie que d'autres organismes, et nombre des espèces cultivées sont polyploïdes. George Ledyard Stebbins attribue la forte proportion de polyploïdes dans un groupe de plantes à la fréquence de contacts secondaires entre populations diploïdes isolées. Il en dresse un inventaire dans son ouvrage de 1950 Variation and Evolution in Plants. 70 % des Angiospermes ont connu au moins un évènement de polyploïdisation. Certains mutants d'Arabidopsis thaliana sujet d'endoréplication ont fait l'objet d'articles scientifiques. On dénombre jusqu'à 8 192× dans le suspenseur de Phaseolus coccineus et de 24 576× dans l'haustorium de l'endosperme d’Arum maculatum.

La récurrence des évènements de polyploïdie (selon leur ancienneté, on distingue les paléopolyploïdes, les mésopolyploïdes et les néopolyploïdes) explique que la polyploïdisation est un facteur de diversification chez les animaux et les plantes.

La redondance des gènes créée par la duplication suivant la polyploïdisation est un handicap en termes de fertilité ou de risque de mutations et est défavorisée par l'évolution. Elle est effacée par une élimination massive bien qu'incomplète des gènes dupliqués, appelée fractionnement des génomes. Ce fractionnement conduit à un retour à l'état diploïde par un processus dit de diploïdisation. La recherche actuelle s'efforce de déterminer si cette perte de gènes est aléatoire ou biaisée.

En revanche, la polyploïdisation peut être un atout en cas de crise environnementale aigüe. Elle expliquerait notamment la résilience des plantes à l'évènement hyperthermique survenu il y a 56 millions d'années.

Animaux

Le phénomène est assez rare dans le règne animal, mais on peut citer le cas des grenouilles africaines ou du rat-viscache, tétraploïde potentiel. Le crapaud Batura, du nord du Pakistan, est une espèce triploïde et dont la reproduction est sexuée.

La tétraploïdie est nettement moins présente chez les animaux que chez les plantes, bien qu'on trouve cette caractéristique notamment dans les genres artemia (crustacé), Dahlica triquetrella (en) (papillon) et saga (sauterelle).

Depuis 1970, de nombreux indices ont été rassemblés, suggérant que tous les vertébrés ont un ancêtre commun octoploïde. Les génomes des vertébrés modernes reflétant ainsi une paléopolyploïdie. Cette théorie est connue sous le nom d'hypothèse 2R ou hypothèse d'Ohno.

Humains

Enfants avec mosaïque (2N/3N)

Affectant 1 à 3 % des fécondations humaines, la polyploïdie est l'anomalie de la fécondation la plus fréquente. Elle provoque généralement une fausse couche spontanée : on la retrouve dans 26 % des fausses couches dues à des erreurs chromosomiques.

Quand la grossesse se prolonge au delà du premier trimestre, le syndrome triploïde (d) Voir avec Reasonator et le syndrome tétraploïde (d) Voir avec Reasonator conduisent généralement à une mort in utero. Exceptionnellement, l'enfant peut survivre quelques semaines après la naissance.

La triploïdie en mosaïque ou mosaïque (2N/3N) est moins sévère et peut être viable.

Caractéristiques

Les effets de la polyploïdie sur le phénotype peuvent être : « effet de gigantisme » cellulaire et morphologique (« morphologie gigas » quasi systématique lors des polyploïdisations artificielles alors que chez les polyploïdes naturels, le gigantisme cellulaire peut être compensé par une baisse du nombre de cellules par organe), croissance plus faible (par la réduction du nombre de mitoses). Les effets génétiques et épigénétiques peuvent être : modification de la séquence génomique (mutations, recombinaisons…), masquage des allèles délétères, modification de l'expression des gènes. Généralement, les polyploïdes ont une barrière postzygotique empêchant l'hybridation avec leurs parents ou les hybrides sont incapables de se développer normalement. Cet isolement sexuel immédiat est à l'origine d'une spéciation sympatrique instantanée responsable de la genèse de près de la moitié des espèces actuelles de plantes à fleurs et d'un petit nombre d'espèces animales.

Notes et références

  1. ↑ (en) Kenneth H. Wolfe, « Yesterday's polyploids and the mystery of diploidization », Nature Reviews Genetics, vol. 2, no 5,‎ , p. 333–341 (ISSN 1471-0056, DOI 10.1038/35072009, résumé).
  2. ↑ (en) Keith L. Adams et Jonathan F. Wendel, « Polyploidy and genome evolution in plants », Current Opinion in Plant Biology, vol. 8, no 2,‎ , p. 135–141 (ISSN 1369-5266, DOI 10.1016/j.pbi.2005.01.001, résumé).
  3. ↑ (en) Liying Cui, P. Kerr Wall, James H. Leebens-Mack, Bruce G. Lindsay, Douglas E. Soltis, Jeff J. Doyle, Pamela S. Soltis, John E. Carlson, Kathiravetpilla Arumuganathan, Abdelali Barakat, Victor A. Albert, Hong Ma et Claude W. dePamphilis, « Widespread genome duplications throughout the history of flowering plants », Genome Research, vol. 16, no 6,‎ , p. 738–749 (ISSN 1088-9051, DOI 10.1101/gr.4825606, lire en ligne).
  4. ↑ « triploïdie », Grande Encyclopédie Larousse (consulté le )
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  6. ↑ (en) G. Moore, « Meiosis in allopolyploids - the importance of "teflon" chromosomes », Trends in genetics, vol. 18, no 9,‎ , p. 456-463
  7. ↑ Wilhelm Nultsch & R. Miesch, Botanique générale, De Boeck Université, , p. 119
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  10. ↑ (en) Richard J Langham, Justine Walsh, Molly Dunn, Cynthia Ko, Stephen A Goff & Michael Freeling, « Genomic duplication, fractionation and the origin of regulatory novelty », Genetics, vol. 166, no 2,‎ , p. 935-945.
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  13. 1 2 3 Polyploïdies, Dr Aly Abbara
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  15. ↑ (en) A. Müntzing, « The evolutionary significance of autopolyploidy », Hereditas, vol. 21,‎ , p. 263-378
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  17. ↑ Edward Osborne Wilson, La diversité de la vie, Odile Jacob, , p. 98.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes