L'EXPLICATION CHROMOSOMIQUE DE LA SÉGRÉGATION

SOMMAIRE. — Unités héréditaires et chromosomes. — Caractères des chromosomes. — Le noyau et la vie cellulaire. — Cytoplasme et noyau dans les gamètes. — Les chromosomes dans la caryocinèse, la réduction chromatique et la fécondation. — Disjonction des facteurs et séparation des paires chromosomiques. — Ségrégation indépendante des gènes et séparation indépendante des chromosomes.

C’est sur le phénomène de la ségrégation indépendante des couples factoriels qu'est basée l'existence des gènes en tant qu'unités propres, ou mieux en tant qu'éléments faisant partie d'unités différentes. Il est à peu près impossible, comme je le montrerai plus loin, d'essayer de se représenter cette ségrégation si régulière, si l’on admet que les facteurs sont des

substances chimiques, mélangées et brassées dans un suc Cellulaire. Le phénomène devient facilement compréhensible si l’on essaye d'envisager les unités hérédilaires comme correspondant à des parties, ayant une existence propre à l'échelle morphologique. Or. si l’on examine les cellules en voie de division, on voit qu'elles présentent, dans tous les organismes, des parties figurées provenant du noyau que l’on. appelle les chromosomes.

Ces chromosomes ont des caractéristiques parmi lesquelles ‘une des plus importantes est leur constance numérique dans chaque

espèce animale ou végé- Fig. 10. — Plaque équatoriale

d’Ascaris megalocephala bi- tale. On en compte 4

valens, montrant les 4 chro- thez Ascaris megaloce-

HAOPODIES: phala bivalens (fig. 10), 6 chez un puceron tel que Phylloxera caryaecaulis, 8 chez Drosophila melanogaster (fig. 11), 14 chez Oenothera lamarckiana, 26 chez Rana temporaria, etc... ETHEL BROWNE HARVEY (1916-1920) a publié un tableau de nos connaissances sur le nombre des chromosomes dans plus de 800 espèces animales. Le même travail a été fait pour les plantes par ISHIKAWA (1916) et porte sur plus de 680 espèces végétales. La notion de constance numérique repose donc sur un ensemble imposant d'observations cytologiques.

Une autre caractéristique des chromosomes esi

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qu'ils forment des paires. Cela n’est visible que dan$ certains cas favorables, où les chromosomes sont assez différents les uns des autres pour pouvoir être

. facilement identifiés. Ainsi, chez la drosophile, les

8 chromosomes forment 4 paires : 1 paire de chromosomes longs, 1 autre paire de chromosomes longs, 1 paire de chromosomes punctiformes et 1 paire de chromosomes en bâtonnets. De même, chez Anasa

D — ASEZZ D I

Fig. 11. — Plaque équatoriale de Drosophila melanogaster ' et © , montrant les 4 paires de chromosomes (d’après MorGaAN).

tristis, WiLsoON (3, 1907) a montré que chaque chromosome a une forme et une taille caractéristiques et que chaque sorte d'éléments est représentée pa? deux individus chromosomiques ayant le même type (fig. 21). Monr (1914) a fait des observations semblables sur des Orthoptères (fig. 12 et 13) et ces exemples pourraient être multipliés. On dit alors qu'une espèce renferme n sortes ou paires de chromosomes, chaque sorte étant représentée par deux éléments. si bien que la cellule renferme 2n chromosomes (nombre diploïde). L'existence de ces paires est encore

attestée par le fait qu'à un certain moment les chromosomes s'associent deux à deux et l’on peut alors constater que ce sont bien les deux éléments ayant le même type qui s'accouplent l’un avec l’autre (1)..

L'existence de chromosomes différents, réapparaissant à toutes les divisions avec leur aspect caractéristique pour chaque sorte, a pour corollaire que chaque espèce de chromosome doit avoir une certaine constitution spécifique. C’est ce qu’exprime Lise de l'individualité des chromosomes.

Il était tout naturel de se demander si les chromosomes, présentant ainsi des caractères remarquables de stabilité et de constance, ne seraient pas précisément ces unités morphologiques dont le phénomène de la disjonction indépendante suppose l'existence. D'après cette hypothèse, les facteurs seraient indépendants les uns des autres, dans la mesure où ils feraient partie de sortes différentes de chromosomes. C'est cette hypothèse que l’on désigne sous le nom de théorie chromosomique de l'hérédité.

ke % Cette idée est déjà ancienne. Elle a été jadis exprimée sous une forme impropre, lorsqu'on disait que les chromosomes étaient les « supports » de l'héré-

dité. On pense aujourd'hui que les chromosomes renferment les éléments chimiques ou les particules

(1) Chez les Diptères, tels que la drosophile, cet accouplement se fait au début de chaque division cellulaire (GuxÉnor et NAVILEE, 1929).

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colloïdales qui sont les facteurs génétiques, mis en évidence par l'analyse mendélienne. Une des raisons, pour lesquelles on a été amené de bonne heur3 à considérer le noyau comme renfermant les facteurs héréditaires, résulte à la fois de l'action du noyau sur la vie cellulaire et de la comparaison des gamètes mâles et femelles.

Les expériences de mérotomie, dans lesquelles une cellule ou un organisme unicellulaire, tel qu’une amibe ou un infusoire, sont sectionnés en deux parties,

Fig. 12. — Plaque équatoriale dans une spermatogonie ( ©‘) et dans une ovogonie (© ) de Locusta viridissima ; X = hétérochromosome (d’après L. Mour, in BRACHET).

dont l’une renferme le noyau et dont l’autre en esi dépourvue, ont montré l'importance énorme du noyau dans la vie cellulaire. Les fragments anucléés peuvent encore se mouvoir quelque temps, englober même des proies, mais celles-ci ne sont plus digérées ; s’il y a une coquille, comme chez les Foraminifères, cette dernière n'est pas réparée. Finalemeni, le fragment se désagrège et meurt. Les parties nucléées continuent, au contraire, à manifester tous

les phénomènes de la vie, mouvement, capture et digestion des proies, réparation de la coquille; elles régénèrent les parties qui leur manquent et se transforment en organismes complets, capables de se multiplier. Sans doute, les deux éléments de la cellule, le noyau et le cytoplasme, sont incapables de vivre l'un sans l’autre ; la vie manifestée dépend de ces deux parties, mais les expériences de mérotomie semblent bien montrer que le noyau oriente dans un certain

Fig. 13. — Plaque équatoriale dans une ovogonie de Leplophyes; X—hétérochromosome (d’après L. Monr, in Bra- CHET).

sens le fonctionnement du cytoplasme, conditionne les phénomènes d’assimilation, exerce par suite une action de même ordre que celle que l'on est conduit à attribuer aux facteurs génétiques.

Lorsque, d'autre part, on compare l'ovule et le spermatozoïde, on constate entre eux une énorm2 disproportion dans la quantité du cytoplasme. Le spermatozoide abandonnant une partie de son profoplasme déjà très peu abondant, au moment où il

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pénètre dans l'ovule, se trouve réduit à son noyan et à une pellicule cytoplasmique extraordinairement mince. L'ovule renferme un noyau qui est, nous le verrons, identique à celui du gamète mâle et une masse de cytoplasme qui est comparativement énorme. Or, l'analyse mendélienne nous à montré que les deux parents ont un pouvoir de transmission héréditaire rigoureusement égal. Si les facteurs héréditaires étaient transmis par le protoplasme, on ne comprendrait pas comment ils pourraient avoir, dans les deux sexes, les mêmes potentialités, à moins de leur attribuer une sorte d'action mystique, indépendante des masses et des proportions relatives de la matière cytoplasmique. Au contraire, l'égalité des potentialités héréditaires de la mère et du père se comprend admirablement si l'on admet que les facteurs génétiques sont transmis par le noyau, puisque les noyaux des deux gamètes sont rigoureusement équivalents. Il y a là une forte présomplion en faveur de l’idée d’une localisation des gènes dans le noyau, c’est-à-dire dans les chromosomes qui constituent ce noyau.

Cette idée se trouve extraordinairement renforcée par la considération de la mécanique chromosomique que l’on observe au cours des divisions cellulaires caryocinétiques el lors de la formation des gamètes, Elie, entre la mécanique factorielle et la mécanique chromosomique, un parallélisme absolu. Lorsqu'une cellule du corps, renfermant 2 n chromosomes, 8 par

exemple, se divise en deux cellules filles, chacune des chromosomes, après avoir doublé sa masse, se fissure longitudinalement. Il y a ainsi formation de

Pr REAEET EH Et ra, pes ms eo

Fig. 14. — Spermatogonie de salamandre en division caryocinétique (d’après PRENANT).

16 chromosomes, chacun des 8 chromosomes s’élant divisé équationnellement en deux éléments ayant même constitution. De ces 16 chromosomes, 8 &e6 rendent dans une cellule fille, 8 dans l’autre, de sorte . que chacune de celles-ci possède un exemplaire de chacun des chromosomes primitifs. Ce mécanisme caryocinétique (fig. 14) assure la constance du nombra et des catégories de chromosomes à travers toutes les divisions cellulaires, depuis l'œuf jusqu'aux cel-

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lules germinales du nouvel organisme. Vis-à-vis de l'hypothèse chromosomique, il rend compte de Ia stabilité du patrimoine héréditaire à travers les générations cellulaires consécutives.

Au cours de la formation des gamètes mâles et femelles, survient un phénomène d'une importanca considérable et d’une généralité absolue, la réduction chromatique. Sans entrer dans le détail des phénomènes que l'on trouvera bien décrits dans d’autres ouvrages (1), j'en indiquerai l'allure générale. Dans les cellules germinales (ovocytes ou spermatocytes), les 2 n chromosomes s’accouplent deux à deux d'un? facon plus ou moins intime, manifestant ainsi l'existence des n paires ou gemini qu'ils constituent. Puis, à une division dite réductrice, les n chromosomes doubles présentent un simple phénomène de séparation des éléments ainsi réunis en paires, de telle manière qu'un chromosome de chaque paire passe dans une cellule fille, l'autre chromosome passant dans l’autre cellule. Autrement dit, les 2 n chromosomes (8 par exemple), au lieu de se fissurer longitudinalement comme dans une caryocinèse habituelle, s'associent temporairement en 4 paires, puis ces 4 paires se disjoignent, sans que leurs éléments se fissurent, de telle sorte que chaque cellule fille renferme non pas 8, mais 4 chromosomes. Les gamètes qui proviendront de ces cellules auront eux aussi seulement 4 chromosomes (fig. 18).

(x) Voir notamment M. Caurzery, Les Problèmes de la Sexualité. GC. Flammarion, éditeur, 1913.

Cela revient à dire que, tandis que dans toutes les cellules du corps chaque sorte de chromosomes est double, étant constituée par une paire d'éléments, chaque sorte de chromosomes n’est plus représentée dans les gamètes que par un seul élément. Il y a eu passage de l’état diploide (2n) à l’état haploïide (n). La réduction chromatique consiste donc dans la disjonction des paires chromosomiques, chaque gamèt: ne possédant plus qu'un chromosome de chaque sorte,

au lieu de l'avoir à l’état double (1).

La signification de ce processus prend toute sa valeur lorsqu'on envisage les phénomènes nucléaires de la fécondation. L'’ovule renferme un noyau ou pronucleus © possédant n chromosomes : Je spermatozoïde apporte son noyau ou pronucleus c ren-

(1) Chez les végétaux, les phénomènes de réduction chromatique ne sont pas, comme chez les animaux, liés d’une façon immédiate à la formation des gamètes. Chez les Mousses, par exemple, l’œuf donne naissance à une capsule pédiculée dont toutes les cellules ont 2 n chromosomes. C'est la phase sporophyte ou diploïdique, comparable au corps ou soma des animaux. Dans la capsule se forment des spores, dont la genèse s'accompagne de la réduction chromatique. Ces spores à n chromosomes donnent naissance à une plantule, le protonema, dont toutes les cellules ont aussi n chromosomes. C’est la phase haploïdique ou gamétophyte qui n’a pas d’équivalent dans le règne animal, sauf dans certains Sporozoaires (NAVILLE, 1927). Sur le protonema prennent naissance les gamètes (naturellement aussi à n chromosomes) qui, par fécondation, donneront l’œuf. Cette phase gamétophyte peut d’ailleurs être très réduite et, chez les Angiospermes, n'est plus représentée que par le sac embryonnaire formé seulement de quelques cellules.

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fermant également n chromosomes. Les deux pronuclei se rapprochent, se gonflent, forment d’abord

Fig. 15. — Fécondation dans l’œuf d'Ascaris megalocephala

bivalens.

A, Les deux pronuclei G' et Q au contact; B, Formation des chromosomes dans les 2 pronuelei et division du centrosome ; C, les > chromosomes de chaque gamète se placent à l'équateur de la figure; D, Plaque équatoriale de la première division de l'œuf, vue de profil, et montrant les h chromosomes (2 n) du zygote.

un ruban chromatique pelotonné (spirème) et arrivent au contact. À ce moment, chacun d'eux 5e résout en ses n chromosomes constitutifs. Les n chro-

mosomes paternels et les n chromosomes maternels ne se soudent pas, ne se fusionnent pas, mais se disposent simplement côte à côte. Il y a ainsi reconstitution, par addition, des 2 n chromosomes caractéristiques de l'espèce (fig. 15).

Aussitôt survient une première division de l'œuf en 2 cellules ou blastomères. Les 2 n chromosomes se fissurent longitudinalement et simultanément, suivant un type caryocinétique normal, de telle sorte que chaque blastomère reçoit 2 n chromosomes fils, dont 4 d'origine maternelle et 4 d'origine paternelle. Le phénomène continuera désormais régulièrement à toutes les divisions cellulaires (1).

On saisit alors la signification des paires chromosomiques. S'il y a 4 paires, chacune d'elles est formée par 1 chromosome d’une. certaine sorte, apporté par l'ovule et par 1 chromosome de la même sorte, venant du spermatozoïde. La réduction chromatique ayant disjoint les paires, la fécondation les reconstitue. Mais il est évident que si les gamètes mâles et femelles ont été produits par des individus différents. les nouvelles paires ne seront pas nécessairement identiques, dans le descendant, à ce qu'elles étaient chez les parents.

(1) Il est certain qu’habituellement rien ne permet de dislinguer, au cours des divisions caryocinétiques, les chromosomes parternels des éléments maternels. Cependant, dans quelques cas (Copépodes, V. HAECKER, 1, 1902), on peut reconnaître, à chaque division, depuis l'œuf jusqu’à la formation des gamètes du descendant, l'existence côte à côte des lots paternels et maternels d'éléments chromatiques (état idiomérique). Get élat se reconnaît également dans la première division de l’œuf de drosophile (Guyénor et NAviLze, 1929).

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Nous avons maintenant en mains tous les éléments nécessaires pour saisir la valeur explicative de la

Gamètes

Fig. 16. — Schéma de l'explication chromosomique d’un

croisement entre souris grise (CC) et souris blanche (Co):

théorie chromosomique. Considérons un croisemern: entre souris grise et souris blanche et admettons que

les deux facteurs allélomorphes C et c se trouvent, pour chaque race, dans une certaine paire chromosomique. La race grise aura un couple de chromosomes. dont chaque élément renferme le facteur C ; la même paire dans la race blanche sera formée des deux mêmes chromosomes, mais renfermant le facteur c; au lieu de C.

Les gamètes, par suite de la réduction chrometique, ne renfermeront qu'un chromosome de cett2 paire, les gamètles de la race grise un chromosome f, ceux de la race blanche un chromosome c. Par fécondation, il y aura reconstitution d’une paire hétérogène, formée d'un chromosome C et d’un chromosome ce qui caractérisera l'individu hybride F, (fig. 16).

Lorsque chacun de ces hybrides formera ses gamètes, la réduction chromatique disjoindra la paire hétérogène Ce, de telle sorte que la moitié des ga. mèles renfermera seulement le chromosome C, l’autre moitié le chromosome e. Ceci rend compte de Ja pureté des gamètes.

Ovules à chromos. C X Spermatoz. à chromos. C = CC

OR PP ER ERIC RE AR S (le SE RES SO Re A CIN RS EUR LE NT RE RE CEE CE Ce an lue! GE nt COS IS TT TS Pete EC ECC

Sur un grand nombre de fécondations, chaque sorte de combinaisons étant réalisée le même nombre de fois, on aura 1 CC : 2 Cc : 1 cc, c'est-à-dire le résultat qualitatif et quantitatif observé dans les expériences de croisement.

L’EXPLICATION CHROMOSOMIQUE 163

La supposition d'une localisation des facteurs, dans ces unités morphologiques que sont les chromo-

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Fig. 17. — Schéma de l’explication chromosomique dans un cas de dihybridisme AABB * aabb,

somes, aboutit ainsi à une représentation exlrêmement séduisante des phénomènes de disjonction des caractères et de pureté des gamètes.

Lorsqu'on envisage une expérience de dihybridisme, l'hypothèse chromosomique fournit de même un explication très simple de la ségrégation indépendante. Croisons une forme AB avec une race ab, iles différences portant sur les deux couples factorieis Aa et Bb. Supposons que À et a soient respectivement localisés dans une certaine paire de chromosomes, B et b dans une autre paire. Le parent AABB forme des gamètes AB ne renfermant qu’un chromosome de chaque paire ; le parent aabb forme. de même des gamètes ab. Par fécondation, il y a reconstitution de deux paires hétérogènes de chromosomes, la paire Aa et la paire Bb ; l'hybride renferme ainsi les quatre chromosomes 4, a, B, b, (fig. 17).

Au moment où l'hybride forme ses gamètes, À se sépare de a et B de b, mais les deux couples de chromosomes peuvent être disposés d’une façon quelconque l’un par rapport à l’autre (fig. 18). Ou bien les chromosomes À et B passeront dans une cellule, les chromosomes a et b allant dans l'autre. Ou bien une cellule recevra À et b, tandis que a et B passeront dans l’autre cellule. II y aura donc formation de quatre sortes de gamètes, AB, Ab, aB et ab qui, pour un nombre suffisant de gamètes, seront pro: duites chacune approximativement le même nombre de fois. Entre les 4 sortes de gamètes © et les 4 sortes de gamètes G', il y aura 16 combinaisons possibles, réalisées par la fécondation (fig. 17). Ici encore, la théorie chromosomique nous permet de compren-

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dre les résultats de l'expérience, la ségrégation indépendante des deux couples factoriels étant basée sur le fait qu'ils sont localisés dans des paires chromosomiques différentes, constituant de véritables unités.

Il est de même facile de représenter les résultats d'une expérience de tri ou de tétrahybridisme, en ad-

Fig. 18. — Schéma de la réduction chromatique dans l’hybride AaBb, montrant la disjonction au hasard des paires

chromosomiques.

La division À aboutit, en C, à la séparation de AB et ab; la division B sépare, en D, 4b et aB.

mettant une localisation des couples factoriels dans trois ou quatre paires différentes de chromosomes. Telle est, dans son extrême simplicité, l'hypothèse

chfômosomique. Je ne chercherai pas pour l'instant à en discuter la valeur. Je me contenterai d'indique” qu'elle est actuellement la seule explication possible des phénomènes mendéliens et que, de ce fait. elle acquiert une importance énorme comme hypothèse de travail. A ce point de vue, elle a conduit à une série de déductions qui ont été l’objet de vérifications expérimentales. Les résultats de ces expérier. ces se présentent comme autant de preuves en fa veur de la théorie chromosomique.