Reproduction asexuée - Asexual reproduction

Reproduction asexuée chez les hépatiques : un phylloïde caduc en germination

La reproduction asexuée est un type de reproduction qui n'implique pas la fusion des gamètes ou la modification du nombre de chromosomes . La progéniture issue de la reproduction asexuée d'organismes unicellulaires ou multicellulaires hérite de l'ensemble complet des gènes de leur parent unique. La reproduction asexuée est la principale forme de reproduction pour les organismes unicellulaires tels que les archées et les bactéries . De nombreux organismes eucaryotes , notamment les plantes , les animaux et les champignons, peuvent également se reproduire de manière asexuée. Chez les vertébrés, la forme la plus courante de reproduction asexuée est la parthénogenèse , qui est généralement utilisée comme alternative à la reproduction sexuée à une époque où les possibilités de reproduction sont limitées.

Alors que tous les procaryotes se reproduisent sans formation ni fusion de gamètes, les mécanismes de transfert latéral de gènes tels que la conjugaison , la transformation et la transduction peuvent être assimilés à la reproduction sexuée au sens de la recombinaison génétique dans la méiose .

Les types

Fission

Les procaryotes ( archées et bactéries ) se reproduisent de manière asexuée par fission binaire , dans laquelle l'organisme parent se divise en deux pour produire deux organismes filles génétiquement identiques. Les eucaryotes (tels que les protistes et les champignons unicellulaires ) peuvent se reproduire d'une manière fonctionnellement similaire par mitose ; la plupart d'entre eux sont également capables de reproduction sexuée.

La fission multiple au niveau cellulaire se produit chez de nombreux protistes , par exemple les sporozoaires et les algues . Le noyau de la cellule mère se divise plusieurs fois par mitose , produisant plusieurs noyaux. Le cytoplasme se sépare alors, créant plusieurs cellules filles.

Chez les apicomplexes , la fission multiple ou la schizogonie apparaît sous forme de mérogonie , de sporogonie ou de gamétogonie . Mérogonie résultats dans les mérozoïtes , qui sont des multiples cellules filles, qui proviennent à l'intérieur de la même membrane cellulaire, des résultats sporogonie chez sporozoïtes , des résultats des gamétogonie dans les micro gamètes .

Bourgeonnant

La levure Saccharomyces cerevisiae se reproduisant par bourgeonnement

Certaines cellules se divisent par bourgeonnement (par exemple la levure de boulanger ), ce qui donne une cellule « mère » et une cellule « fille » qui sont initialement plus petites que la cellule mère. Le bourgeonnement est également connu au niveau multicellulaire ; un exemple animal est l' hydre , qui se reproduit par bourgeonnement. Les bourgeons deviennent des individus pleinement matures qui finissent par se séparer de l'organisme parent.

Le bourgeonnement interne est un processus de reproduction asexuée, favorisé par des parasites tels que Toxoplasma gondii . Il s'agit d'un processus inhabituel dans lequel deux ( endodyogénie ) ou plus ( endopolygénie ) cellules filles sont produites à l'intérieur d'une cellule mère, qui est ensuite consommée par la progéniture avant leur séparation.

Aussi, le bourgeonnement (externe ou interne) se produit chez certains vers comme Taenia ou Echinococcus ; ces vers produisent des kystes puis produisent (invaginés ou évaginés ) des protoscolex avec bourgeonnement .

Multiplication végétative

Plantules végétatives de mère-de-milliers, Bryophyllum daigremontianum (Kalanchoe daigremontiana)

La multiplication végétative est un type de reproduction asexuée que l'on trouve chez les plantes où de nouveaux individus se forment sans production de graines ou de spores et donc sans syngamie ni méiose . Des exemples de reproduction végétative incluent la formation de plantes miniaturisées appelées plantules sur des feuilles spécialisées, par exemple dans le kalanchoe ( Bryophyllum daigremontianum ) et beaucoup produisent de nouvelles plantes à partir de rhizomes ou de stolon (par exemple dans le fraisier ). D'autres plantes se reproduisent en formant des bulbes ou des tubercules (par exemple des bulbes de tulipes et des tubercules de Dahlia ). Certaines plantes produisent des pousses adventives et peuvent former une colonie clonale . Dans ces exemples, tous les individus sont des clones, et la population clonale peut couvrir une grande surface.

Formation de spores

De nombreux organismes multicellulaires forment des spores au cours de leur cycle de vie biologique dans un processus appelé sporogenèse . Les exceptions sont les animaux et certains protistes, qui subissent une méiose immédiatement suivie d'une fécondation. D'autre part, les plantes et de nombreuses algues subissent une méiose sporique où la méiose conduit à la formation de spores haploïdes plutôt que de gamètes. Ces spores se transforment en individus multicellulaires (appelés gamétophytes dans le cas des plantes) sans événement de fécondation. Ces individus haploïdes donnent naissance à des gamètes par mitose . La méiose et la formation des gamètes se produisent donc dans des générations distinctes ou « phases » du cycle de vie, appelées alternance de générations . Étant donné que la reproduction sexuée est souvent définie plus étroitement comme la fusion de gamètes ( fécondation ), la formation de spores dans les sporophytes végétaux et les algues pourrait être considérée comme une forme de reproduction asexuée (agamogenèse) bien qu'elle soit le résultat de la méiose et subisse une réduction de la ploïdie . Cependant, les deux événements (formation de spores et fécondation) sont nécessaires pour achever la reproduction sexuée dans le cycle de vie de la plante.

Les champignons et certaines algues peuvent également utiliser une véritable formation de spores asexuées , ce qui implique une mitose donnant naissance à des cellules reproductrices appelées mitospores qui se développent en un nouvel organisme après dispersion. Ce mode de reproduction se retrouve par exemple chez les champignons conidies et les algues rouges Polysiphonia , et implique une sporogenèse sans méiose. Ainsi, le nombre de chromosomes de la cellule de spore est le même que celui du parent produisant les spores. Cependant, la sporogenèse mitotique est une exception et la plupart des spores, telles que celles des plantes, la plupart des Basidiomycota et de nombreuses algues, sont produites par la méiose .

Fragmentation

Régénération d'un bras
Linckia guildingi "comète", une étoile de mer repoussant d'un seul bras

La fragmentation est une forme de reproduction asexuée où un nouvel organisme se développe à partir d'un fragment du parent. Chaque fragment se développe en un individu mature et pleinement développé. La fragmentation est observée dans de nombreux organismes. Les animaux qui se reproduisent de manière asexuée comprennent les planaires , de nombreux annélides, y compris les polychètes et certains oligochètes , les turbellaires et les étoiles de mer . De nombreux champignons et plantes se reproduisent de manière asexuée. Certaines plantes ont des structures spécialisées pour la reproduction par fragmentation, comme les gemmes dans les hépatiques . La plupart des lichens , qui sont une union symbiotique d'un champignon et d' algues photosynthétiques ou de cyanobactéries , se reproduisent par fragmentation pour garantir que les nouveaux individus contiennent les deux symbiotes. Ces fragments peuvent prendre la forme de sorédies , des particules ressemblant à de la poussière constituées de traits d'union fongiques enroulés autour de cellules photobiontes.

La fragmentation clonale dans les organismes multicellulaires ou coloniaux est une forme de reproduction asexuée ou de clonage où un organisme est divisé en fragments. Chacun de ces fragments se développe en individus matures et pleinement développés qui sont des clones de l'organisme d'origine. Chez les échinodermes , cette méthode de reproduction est généralement connue sous le nom de fissiparité . En raison de nombreuses différences environnementales et épigénétiques , les clones provenant du même ancêtre pourraient en fait être génétiquement et épigénétiquement différents.

Agamogenèse

L'agamogenèse est toute forme de reproduction qui n'implique pas de gamète mâle. Des exemples sont la parthénogenèse et l' apomixie .

Parthénogenèse

La parthénogenèse est une forme d' agamogenèse dans laquelle un ovule non fécondé se développe en un nouvel individu. Il a été documenté dans plus de 2000 espèces. La parthénogenèse se produit à l'état sauvage chez de nombreux invertébrés (par exemple les puces d'eau, les rotifères , les pucerons, les phasmes , certaines fourmis, les abeilles et les guêpes parasites) et les vertébrés (principalement les reptiles, les amphibiens et les poissons). Il a également été documenté chez des oiseaux domestiques et des souris de laboratoire génétiquement modifiées. Les plantes peuvent également s'engager dans la parthénogenèse par le biais d'un processus appelé apomixie . Cependant, ce processus est considéré par beaucoup comme n'étant pas une méthode de reproduction indépendante, mais plutôt une rupture des mécanismes derrière la reproduction sexuée. Les organismes parthénogénétiques peuvent être divisés en deux catégories principales : facultatifs et obligatoires.

Parthénogenèse facultative
Requin zèbre

Dans la parthénogenèse facultative, les femelles peuvent se reproduire à la fois sexuellement et asexuée. En raison des nombreux avantages de la reproduction sexuée, la plupart des parthénotes facultatifs ne se reproduisent de manière asexuée que lorsqu'ils y sont contraints. Cela se produit généralement dans les cas où trouver un partenaire devient difficile. Par exemple, les requins zèbres femelles se reproduiront de manière asexuée si elles sont incapables de trouver un partenaire dans leurs habitats océaniques.

On croyait auparavant que la parthénogenèse se produisait rarement chez les vertébrés et n'était possible que chez les très petits animaux. Cependant, il a été découvert dans de nombreuses autres espèces ces dernières années. Aujourd'hui, la plus grande espèce qui a été documentée se reproduisant de manière parthénogénique est le dragon de Komodo mesurant 10 pieds de long et plus de 300 livres.

Puceron donnant naissance à des petits vivants à partir d'un œuf non fécondé

L'hétérogonie est une forme de parthénogenèse facultative où les femelles alternent entre reproduction sexuée et asexuée à intervalles réguliers (voir Alternance entre reproduction sexuée et asexuée ). Les pucerons sont un groupe d'organismes qui se livrent à ce type de reproduction. Ils utilisent la reproduction asexuée pour se reproduire rapidement et créer une progéniture ailée qui peut coloniser de nouvelles plantes et se reproduire sexuellement à l'automne pour pondre des œufs pour la saison suivante. Cependant, certaines espèces de pucerons sont des parthénotes obligatoires.

Parthénogenèse obligatoire
Lézard whiptail des prairies du désert

Dans la parthénogenèse obligatoire, les femelles ne se reproduisent que de manière asexuée. Un exemple de ceci est le lézard whiptail des prairies du désert , un hybride de deux autres espèces. En règle générale, les hybrides sont infertiles, mais grâce à la parthénogenèse, cette espèce a pu développer des populations stables.

La gynogenèse est une forme de parthénogenèse obligatoire où un spermatozoïde est utilisé pour initier la reproduction. Cependant, les gènes du sperme ne sont jamais incorporés dans l'ovule. L'exemple le plus connu est l' Amazon Molly . Parce qu'ils sont des parthénotes obligatoires, il n'y a pas de mâles dans leur espèce, ils dépendent donc des mâles d'une espèce étroitement apparentée (le Sailfin Molly ) pour le sperme.

Apomixie et embryonnaire nucellaire

L'apomixie chez les plantes est la formation d'un nouveau sporophyte sans fécondation. Il est important chez les fougères et les plantes à fleurs, mais est très rare chez les autres plantes à graines. Chez les plantes à fleurs, le terme "apomixie" est maintenant le plus souvent utilisé pour l' agamospermie , la formation de graines sans fécondation, mais était autrefois utilisé pour inclure la reproduction végétative . Un exemple de plante apomictique serait le pissenlit triploïde européen . L'apomixie se présente principalement sous deux formes : Dans l'apomixie gamétophytique, l'embryon provient d'un œuf non fécondé dans un sac embryonnaire diploïde qui s'est formé sans terminer la méiose. Dans l' embryon nucellaire , l'embryon est formé à partir du tissu du nucelle diploïde entourant le sac embryonnaire. L'embryonie nucellaire se produit dans certaines graines d' agrumes . L'apomixie mâle peut survenir dans de rares cas, comme le cyprès saharien Cupressus dupreziana , où le matériel génétique de l'embryon est entièrement dérivé du pollen .

Alternance entre reproduction sexuée et asexuée

Les populations de pucerons sont souvent entièrement femelles pendant l'été, avec une reproduction sexuée uniquement pour produire des œufs pour l'hiver.

Certaines espèces peuvent alterner entre stratégies sexuelles et asexuées, une capacité connue sous le nom d' hétérogamie , en fonction de nombreuses conditions. Une alternance est observée chez plusieurs espèces de rotifères (parthénogenèse cyclique par exemple chez les espèces Brachionus ) et quelques types d'insectes.

Un exemple de ceci est les pucerons qui peuvent s'engager dans l'hétérogonie. Dans ce système, les femelles naissent enceintes et ne produisent que des descendants femelles. Ce cycle leur permet de se reproduire très rapidement. Cependant, la plupart des espèces se reproduisent sexuellement une fois par an. Ce changement est déclenché par les changements environnementaux à l'automne et amène les femelles à développer des œufs au lieu d'embryons. Ce cycle de reproduction dynamique leur permet de produire une progéniture spécialisée avec polyphénisme , un type de polymorphisme où différents phénotypes ont évolué pour effectuer des tâches spécifiques.

L'abeille du Cap Apis mellifera subsp. capensis peut se reproduire de manière asexuée grâce à un processus appelé thelytoky . Le crustacé d'eau douce Daphnia se reproduit par parthénogenèse au printemps pour peupler rapidement les étangs, puis passe à la reproduction sexuée à mesure que l'intensité de la compétition et de la prédation augmente. Les rotifères monogonontes du genre Brachionus se reproduisent par parthénogenèse cyclique : à de faibles densités de population, les femelles produisent de manière asexuée et à des densités plus élevées, un signal chimique s'accumule et induit la transition vers la reproduction sexuée. De nombreux protistes et champignons alternent entre reproduction sexuée et asexuée. Quelques espèces d'amphibiens, de reptiles et d'oiseaux ont une capacité similaire. [ lequel ? ]

La moisissure visqueuse Dictyostelium subit une fission binaire (mitose) sous forme d'amibes unicellulaires dans des conditions favorables. Cependant, lorsque les conditions deviennent défavorables, les cellules s'agrègent et suivent l'une des deux voies de développement différentes, selon les conditions. Dans la voie sociale, ils forment une limace multicellulaire qui forme ensuite un corps de fructification avec des spores générées de manière asexuée. Dans la voie sexuelle, deux cellules fusionnent pour former une cellule géante qui se développe en un gros kyste. Lorsque ce macrokyste germe, il libère des centaines de cellules amibiennes qui sont le produit de la recombinaison méiotique entre les deux cellules d'origine.

Les hyphes de la moisissure commune ( Rhizopus ) sont capables de produire à la fois des spores mitotiques et méiotiques. De nombreuses algues basculent de la même manière entre la reproduction sexuée et asexuée. Un certain nombre de plantes utilisent à la fois des moyens sexués et asexués pour produire de nouvelles plantes, certaines espèces modifient leurs principaux modes de reproduction de sexué à asexué dans des conditions environnementales variables.

Hérédité chez les espèces asexuées

Chez le rotifère Brachionus calyciflorus, la reproduction asexuée ( parthénogenèse obligatoire ) peut être héritée par un allèle récessif, ce qui entraîne une perte de reproduction sexuée chez les descendants homozygotes.
L'héritage de la reproduction asexuée par un seul locus récessif a également été trouvé chez la guêpe parasitoïde Lysiphlebus fabarum .

Exemples chez les animaux

La reproduction asexuée est présente dans près de la moitié des embranchements animaux. La parthénogenèse se produit chez le requin marteau et le requin pointe noire . Dans les deux cas, les requins avaient atteint la maturité sexuelle en captivité en l'absence de mâles, et dans les deux cas, la progéniture s'est avérée être génétiquement identique aux mères. Le whiptail du Nouveau-Mexique est un autre exemple.

Certains reptiles utilisent le système de détermination du sexe ZW , qui produit soit des mâles (avec des chromosomes sexuels ZZ) soit des femelles (avec des chromosomes sexuels ZW ou WW). Jusqu'en 2010, on pensait que le système chromosomique ZW utilisé par les reptiles était incapable de produire une progéniture WW viable, mais il a été découvert qu'un boa constricteur femelle (ZW) avait produit une progéniture femelle viable avec des chromosomes WW. La femelle boa aurait pu choisir n'importe quel nombre de partenaires masculins (et l'avait fait avec succès dans le passé), mais à ces occasions, elle se reproduisait de manière asexuée, créant 22 bébés femelles avec des chromosomes sexuels WW.

La polyembryonie est une forme répandue de reproduction asexuée chez les animaux, par laquelle l'œuf fécondé ou un stade ultérieur du développement embryonnaire se divise pour former des clones génétiquement identiques. Chez les animaux, ce phénomène a été mieux étudié chez les hyménoptères parasites . Chez les tatous à 9 bandes , ce processus est obligatoire et donne généralement lieu à des quadruplés génétiquement identiques. Chez d'autres mammifères, le jumelage monozygote n'a aucune base génétique apparente, bien que son apparition soit courante. Il y a au moins 10 millions de jumeaux et triplés humains identiques dans le monde aujourd'hui.

Les rotifères bdelloides se reproduisent exclusivement de manière asexuée et tous les individus de la classe Bdelloidea sont des femelles. L'asexualité a évolué chez ces animaux il y a des millions d'années et persiste depuis. Il existe des preuves suggérant que la reproduction asexuée a permis aux animaux de développer de nouvelles protéines grâce à l' effet Meselson qui leur ont permis de mieux survivre en période de déshydratation. Les rotifères bdelloïdes sont extraordinairement résistants aux dommages causés par les rayonnements ionisants en raison des mêmes adaptations de préservation de l'ADN utilisées pour survivre à la dormance. Ces adaptations comprennent un mécanisme extrêmement efficace pour réparer les cassures double brin de l'ADN. Ce mécanisme de réparation a été étudié chez deux espèces de Bdelloidea, Adineta vaga et Philodina roseola . et semble impliquer une recombinaison mitotique entre des régions d'ADN homologues au sein de chaque espèce.

Les preuves moléculaires suggèrent fortement que plusieurs espèces du phasme genre Timema ont utilisé seulement la reproduction asexuée (parthénogenèse) pour des millions d'années, la plus longue période connue pour tout insecte.

Chez les thrips des graminées du genre Aptinothrips, il y a eu plusieurs transitions vers l'asexualité, probablement dues à différentes causes.

Signification adaptative de la reproduction asexuée

L'absence totale de reproduction sexuée est relativement rare chez les organismes multicellulaires , en particulier les animaux . On ne comprend pas tout à fait pourquoi la capacité de se reproduire sexuellement est si courante chez eux. Les hypothèses actuelles suggèrent que la reproduction asexuée peut avoir des avantages à court terme lorsque la croissance rapide de la population est importante ou dans des environnements stables, tandis que la reproduction sexuée offre un avantage net en permettant une génération plus rapide de diversité génétique, permettant l'adaptation à des environnements changeants. Les contraintes de développement peuvent expliquer pourquoi peu d'animaux ont complètement abandonné la reproduction sexuée au cours de leur cycle de vie. Presque tous les modes de reproduction asexués maintiennent la méiose sous une forme modifiée ou comme voie alternative. Les plantes apomictiques facultatives augmentent les fréquences de sexualité par rapport à l'apomixie après un stress abiotique. Une autre contrainte au passage de la reproduction sexuée à la reproduction asexuée serait la perte concomitante de la méiose et la réparation par recombinaison protectrice des dommages à l'ADN offerte en tant que fonction de la méiose.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Avise, J. (2008). Clonalité : la génétique, l'écologie et l'évolution de l'abstinence sexuelle chez les animaux vertébrés . Presses de l'Université d'Oxford. ISBN 978-0-19-536967-0.
  • Graham, L.; Graham, J.; Wilcox, L. (2003). Biologie végétale . Upper Saddle River, New Jersey : Pearson Education. p. 258-259. ISBN 978-0-13-030371-4.
  • Corbeau, PH; Evert, RF; Eichhorn, SE (2005). Biologie des plantes (7e éd.). NY : WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-6284-3.

Liens externes