Publié le 3 juillet 2015
ICAR

Rencontre avec Raphaël Mercier
Directeur de recherche à l’INRA
Institut Jean-Pierre Bourgin


Mitose et Meiose,  deux divisions fondamentales  qui nous  assemblent

Il y a 2 types de divisions cellulaires dans le monde vivant : la mitose et la méiose.
La mitose est souvent la plus décrite : elle consiste en la division d'une cellule en deux  autres cellules identiques. On lit souvent  qu’il s’agit de la division d’une cellule « mère » en deux cellules « filles »  même s’il s’agit  en fait d’une division asexuée. La mitose à lieu tout au long de la vie, de la fécondation à la mort,  chaque fois qu’une cellule a besoin de se renouveler. Elle assure que  le patrimoine génétique  d’un individu  soit le même dans toutes les cellules.
La méiose quant à elle est la division cellulaire qui permet de créer les gamètes ( spermatozoïdes/grain de pollen et ovules )   et qui  assure le  cycle de vie des organismes se reproduisant sexuellement.
Chez l’être humain elle se produit, pour les femmes au stade de l’embryon et permet  de constituer  le stock d’ovocytes. Pour les hommes la méiose se produit en continu à partir de la puberté dans les testicules et assure la production des spermatozoïdes.
C’est ce processus qui assure la diversité génétique car la création des gamètes suppose une recombinaison des chromosomes, chacun comprenant des milliers de gènes. C’est ce qui permet, par exemple, que des frères et sœurs disposent d’un patrimoine génétique différent alors qu’ils ont les mêmes parents.  
C’est le même processus chez tous les organismes eucaryotes, c’est-à-dire dont  les cellules ont un noyau : les animaux,  les plantes, les champignons …..

La recombinaison des chromosomes : un jeu de hasard aux règles complexes

Chaque méiose est différente  et produit à partir d’une cellule de départ 4 nouvelles cellules qui deviendront les gamètes contenant  non pas une paire de chromosomes comme dans  les autres cellules  mais un seul exemplaire de chaque chromosome. En outre, cet exemplaire de chaque chromosome n’est pas l’un des deux présents chez le parent, mais un mélange de ces deux chromosomes du parent. En effet, lors de la méiose les chromosomes d’un même paire se brisent et échangent leur ADN et leurs gènes, c’est ce qu’on appelle l’ « enjambement » ou le « crossing-over ».
En conséquence chaque gamète est unique, ayant hérité d’un tirage aléatoire des gènes du parent qui le produit.  Lors de la fécondation , deux gamètes fusionnent produisant la première cellule de l’enfant qui aura donc de nouveau deux copies de chaque chromosome, chacune de ces copies étant unique, l’une issue de la loterie méiotique de sa mère, l’autre de la loterie méiotique de son père.    
Cette recombinaison est à la base des caractéristiques des individus et compose leur unicité et leur diversité.

10 000 ans de sélection végétale
 
Le processus de la  méiose a été découvert au début du 20ème siècle et le perfectionnement des techniques expérimentales en biologie et génétique a permis de parvenir à mieux comprendre cette division-recombinaison essentielle à  la reproduction et au croisement des espèces.

Mais l’Homme  a commencé  à sélectionner les espèces il y a plusieurs millénaires, en particulier pour développer les  variétés d’aliments. Nous ne mangerions pas de tomates, de mais, de pain ni boirions de café si  nous ne devions consommer que des  plantes sauvages.

Dès lors, nous savons comment s’effectue la recombinaison, nous pouvons en mesurer les effets  mais nous ne savons pas encore pourquoi, par exemple,  la méiose  est parfois défectueuse ou   pourquoi les  « crossing over »  ont lieu sur certains segments des chromosomes et pas sur d’autres.
L’objectif de ces questionnements et des recherches menées pour y répondre  est essentiellement fondamental mais  peut également   faciliter le travail des agronomes dans la création de variétés.

Comprendre la machinerie moléculaire  pour comprendre l’évolution des espèces
 
Les recherches sur la méiose peuvent servir trois objectifs :
-    Comprendre l’évolution des espèces et comment elles s’adaptent aux changements par exemple climatiques
-    Faciliter le développement de nouvelles plantes par sélection ou combinaison de gènes
-    Accompagner certaines recherches médicales liées au défaut de méiose
 
Avec son équipe Raphaël Mercier  développe des protocoles expérimentaux pour  servir ces trois objectifs.  Les question sont multiples :   quels sont les mécanismes moléculaires  qui  déterminent le nombre et la position des crossing-over,  et notamment que  sur des centaines de cassures d’ADN  lors de la méiose, seulement quelques recombinaisons se produisent ? ; Quel sont les mécanismes qui assure le bon nombre de chromosomes dans les gamètes ? Peut-on induire une reproduction sans méiose ?

Leurs  recherches  sont menées sur l’Arabidopsis qui a émergé comme un des modèles majeurs dans le domaine de l’étude de la méiose. Elles ont ainsi  notamment montré que la méiose pouvait être modifié en mitose (D’erfurth et al, PLoS Biol 2009 ; Marimuthu et al Science 2011) et identifié les facteurs qui limite la recombinaison méiotique (Crismani et al, Science 2012, Seguela et al PNAS 2015, Girard et al PLoS Genetics 2015)."


Une communauté scientifique très large

Les chercheurs qui s’intéressent à ces processus de recombinaisons sont  extrêmement nombreux et constituent la « communauté scientifique de la méiose ».
Ils se retrouvent une fois par  an pour  échanger sur leurs travaux. Le prochain rendez-vous est en septembre 2015 à Oxford http://events.embo.org/15-meiosis/

D’ici là , Raphaël Mercier présentera ses travaux  au groupement d’intérêt scientifique "biologie végétale" et à ICAR Pour ICAR 2015,  où son intervention sera articulée autour des  3 mécanismes différents qui impliquent plusieurs gènes et sont responsables de la limitation du crossing over.

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