Le crapaud Batura se joue de ses chromosomes

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Le crapaud Batura a longtemps troublé les généticiens qui ne comprenaient pas comment il pouvait diviser par deux ses trois jeux de chromosomes et produire des cellules reproductrices qui en fusionnant dotent à nouveau la descendance de trois jeux de chromosomes.

Le crapaud Bufo baturae, découvert il y a quinze ans dans les montagnes du nord du Pakistan est une curiosité génétique. Il est doté de trois jeux de onze chromosomes mais son mode de reproduction sexué le contraint à diviser son patrimoine génétique pour produire des cellules reproductrices masculines et féminines (ovules et spermatozoïdes). Toutefois, il ne peut pas diviser de chromosome en deux, car cela rendrait impossible une descendance viable.

Après des années d’étude, des chercheurs suisses ont découvert la méthode qu’il utilise pour diviser par deux son nombre impair de chromosomes, et fabriquer des cellules reproductrices, qui au moment de leur fusion, donneront un descendant à nouveau doté de trois jeux de chromosomes.

En fait, les mâles éliminent leur troisième jeu de chromosomes et les deux autres jeux suivent le processus habituel de division aboutissant à la formation de cellules sexuelles haploïdes possédant chacune un seul exemplaire de chaque chromosome.

Les femelles, elles, dupliquent leur troisième jeu de chromosomes, ce qui leur donne quatre jeux de chromosomes. Sur ces quatre, deux vont se retrouver dans les cellules reproductrices femelles, les ovocytes. Ces ovocytes contiennent tous une copie identique du troisième jeu de chromosomes, alors que leur second jeu résulte d’une combinaison au hasard des deux autres jeux maternels.

Le crapaud transmet donc à sa descendance une copie d’un jeu de chromosomes complètement identique à l’original, comme si sa reproduction était asexuée. Mais les deux autres jeux de chromosomes subissent un brassage génétique : comme dans toute reproduction sexuée, leur composition est renouvelée à chaque génération. Il s’agit l d’un phénomène unique jamais répertorié jusqu’à présent dans le monde animal.

«Nous ignorons pourquoi les crapauds Batura présentent un mécanisme héréditaire aussi compliqué», explique Nicolas Perrin, principal auteur de l’étude publiée dans l’édition en ligne des Proceedings of the Royal Society B. Cela vient peut-être des conditions environnementales difficiles que les batraciens doivent affronter dans les régions montagneuses semi-désertiques du Pakistan. Dans les milieux hostiles, rappelle le chercheur, les êtres vivants sont souvent tellement spécialisés que la stabilité génétique devient indispensable.

Le crapaud Bufo baturae semble avoir adopté un compromis entre les deux options, en préservant une certaine constance du génome par l’intermédiaire du jeu de chromosome transmis par la mère et en autorisant un brassage génétique sur les deux autres jeux.

Un mâle Batura (Bufo baturae). Matthias Stöck/FNS

Sciences et Avenir 10/11/2011

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Une étude dirigée par le Dr Matthias Stöck et le Prof. Nicolas Perrin, tous deux au Département d'écologie et évolution de l'UNIL, est parvenue à démontrer qu'une espèce de crapaud vivant dans les déserts d'altitude du Pakistan réussit le tour de force de se reproduire sexuellement, en dépit d'un nombre impair de jeux de chromosomes. Un mode de reproduction a priori unique dans le monde vivant.

Lors d'une reproduction sexuée «standard» de vertébrés, la formation de gamètes -spermatozoïdes chez le mâle et ovules chez la femelle - est réalisée à partir de deux jeux de chromosomes (23 chromosomes par jeu chez les humains, soit un total de 46 chromosomes). Cette étape, appelée méiose, aboutit à une réduction de moitié du nombre de chromosomes contenus dans le noyau des cellules, passant d'un stade diploïde (deux jeux de chromosomes) à un stade haploïde (un seul jeu de chromosomes).

Gérer un jeu de chromosomes supplémentaire
Certaines espèces de vertébrés, notamment chez les poissons et les amphibiens, peuvent néanmoins être dotées d'un troisième jeu de chromosomes, les rendant triploïdes. L'obstacle de la méiose est alors contourné par une reproduction asexuée, ou par différentes formes complexes de reproduction appelées hybridogenèse.

Bufo baturae, une espèce rare de crapaud triploïde affectionnant tout particulièrement les régions désertiques d'altitude du Pakistan, a pour sa part développé un mode de reproduction totalement original pour déjouer la nature. «Le mâle élimine un de ses trois jeux de chromosomes avant la méiose, ce qui lui permet d'effectuer une méiose normale de diploïde et de fabriquer du sperme haploïde. La femelle, en revanche, duplique le jeu de chromosomes éliminé par le mâle, afin de réaliser une méiose de tétraploïde et de produire des ovules diploïdes. La fécondation restaure ensuite l'état triploïde de tous les individus», résume Nicolas Perrin.

Il s'ensuit que la femelle transmet deux génomes en parallèle, l'un de manière sexuée, c'est-à-dire remodelé par la méiose, et l'autre de manière asexuée, c'est-à-dire transmis à l'identique de génération en génération. Les résultats de cette étude, publiés aujourd'hui sur le site du journal Proceedings of the Royal Society B, apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes de régulation de la méiose chez les vertébrés.

Photo prise au Pakistan d'une paire de Bufo baturae en accouplement. Le mâle fertilise les oeufs (alignements de boules noires) au fur et à mesure que la femelle les pond Matthias Stöck, DEE-UNIL

UNIL (Université de Lausanne) 13/10/2011