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Pourquoi les produits de Meiosis 2 sont-ils différents ?

Pourquoi les produits de Meiosis 2 sont-ils différents ?


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Dans la méiose I, 46 chromosomes se croisent. Ces chromosomes mélangés se séparent ensuite en de nouvelles cellules. Dans ces nouvelles cellules, la méiose II se produit, où ces chromosomes mixtes ont leurs chromatides déchirées.

Ce qui me laisse perplexe, c'est pourquoi Meiosis II produit 2 nouvelles cellules différentes si vous séparez simplement 2 chromatides identiques ? Est-ce parce que le croisement des gènes rend les deux chromatides différentes ?


En effet, tout cela est dû au croisement entre différents allèles. Par exemple, prenons le cas d'une cellule qui contient 2 chromosomes, l'un de la mère et l'autre du père. Chaque chromosome contient deux allèles : Ab (mère) et aB (père).

La première chose qu'ils vont faire est de se diviser en deux chromatides chacune atteignant : Ab[1M] (la chromatide d'une mère) et Ab[2M] (la chromatide de la deuxième mère) et la même chose pour le père aB[1F] et aB[2F ]. Notez que les chromatides sont toujours jointes par le centromère.

Maintenant, le croisement arrive : dans ce cas, si le A[2M] du chromosome de la mère s'échange avec a[1F] du chromosome du père, on obtient : Ab[1M], ab[2M], AB[1F], aB[2F].

Comme vous le voyez, quand ils se séparent, vous obtiendrez 4 cellules différentes avec deux allèles : Ab, ab, AB et aB.

J'espère que cela répond à votre question.


Différence entre la méiose chez les hommes et les femmes

La reproduction est un processus très important nécessaire à la continuation de la descendance. Les reproductions sexuées et asexuées sont les deux types différents de méthodes par lesquelles les plantes et les animaux se reproduisent. La reproduction asexuée est la forme de reproduction dans laquelle les jeunes naissent d'un seul parent. Dans la reproduction sexuée, les gamètes mâles et femelles s'unissent pour former une progéniture. La mitose et la méiose sont les deux étapes importantes de la division cellulaire qui conduisent à la formation d'une nouvelle vie.

La méiose est un type particulier de reproduction qui est utilisé par les humains, les animaux et certaines plantes. La méiose se produit en deux étapes différentes, la méiose 1 et la méiose 2. Chez l'homme, la méiose se produit dans les tubules séminifères des testicules, tandis que chez la femelle, elle se produit dans des cellules appelées oogones. Chez les hommes, la méiose survient à la puberté tandis que chez les femmes, elle survient dès la naissance. L'acide rétinoïque formé par les reins primitifs stimule le processus de méiose chez les femelles à la naissance, mais chez les mâles, cette formation d'acide rétinoïque est supprimée jusqu'à la puberté par les tissus des testicules. Cette suppression est surmontée lorsqu'à la puberté, les cellules de sertoli commencent à produire elles-mêmes de l'acide rétinoïque. C'est une différence très importante dans les étapes de la méiose chez les hommes et les femmes.

Dans la méiose 1, il y a division des gamètes en deux de telle sorte qu'il y ait une réduction du nombre de chromosomes à la moitié de ce qui est présent à l'origine dans la cellule mère. Initialement, il y a un croisement de chromosomes dérivés des cellules parentales qui aide à mélanger les caractéristiques de chaque parent, puis la moitié des chromosomes totaux se séparent distinctement de l'autre. Tous les chromosomes sont également répartis en deux moitiés, ils portent donc également les traits de leurs cellules mères en proportions égales. Cette étape est également appelée « division de réduction », car pendant le processus de division, les chromosomes sont réduits de moitié par rapport à leur nombre initial. L'étape suivante est la méiose 2 à ce stade, il y a une division interne de la moitié des cellules filles et nous obtenons quatre cellules filles avec une permutation et une combinaison différentes des chromosomes.

La méiose est importante chez les mammifères car lorsque les gamètes mâles et femelles fusionnent pour former le zygote, lors de la formation du zygote, le nombre de chromosomes perdus est remplacé pour restaurer le nombre aux 42 chromosomes d'origine. Si au cours de la méiose 1 ou de la méiose 2, il y a une erreur lors de la division, telle qu'il y a un chromosome supplémentaire ou un chromosome de moins, alors on parle de non-disjonction. S'il y a non-disjonction, alors cela conduira à la formation de zygotes avec des chromosomes supplémentaires et conduira à la naissance d'un enfant avec de nombreuses anomalies voire un retard mental. Par conséquent, la méiose est une étape très importante dans la reproduction. Les cellules filles formées par les gamètes femelles ne portent que le chromosome sexuel X, tandis que les cellules filles formées par les gamètes mâles portent un chromosome sexuel X ou Y. En fait, la méiose est importante pour la formation du zygote, mais une fois que le zygote est formé, il se développe davantage pour devenir un fœtus par division cellulaire mitotique. La mitose est la réplication simple des cellules en gardant le nombre de chromosomes intact en tant que cellules mères.

Sommaire: La méiose survient à la naissance chez les femelles dans les cellules oogonales, mais survient à la puberté chez les mâles dans les tubules séminifères. La méiose est un processus de réplication cellulaire où le nombre de chromosomes est réduit de moitié par rapport à l'original.


Pourquoi les produits de Meiosis 2 sont-ils différents ? - La biologie

Les gamètes produits dans la méiose ne sont pas génétiquement identiques à la cellule de départ, et ils ne sont pas non plus identiques les uns aux autres. À titre d'exemple, considérons le diagramme de la méiose II ci-dessus, qui montre les produits finaux de la méiose pour une cellule simple avec un nombre diploïde de 2m = 4 chromosomiques. Les quatre gamètes produits à la fin de la méiose II sont tous légèrement différents, chacun avec une combinaison unique du matériel génétique présent dans la cellule de départ.

Il s'avère qu'il existe beaucoup plus de types de gamètes potentiels que les quatre indiqués dans le diagramme, même pour une cellule simple avec seulement quatre chromosomes. Cette diversité de gamètes possibles reflète deux facteurs : le croisement et l'orientation aléatoire des paires d'homologues au cours de la métaphase de la méiose I.

  • Traverser. Les points où les homologues se croisent et échangent du matériel génétique sont choisis plus ou moins au hasard, et ils seront différents dans chaque cellule qui passe par la méiose. Si la méiose se produit plusieurs fois, comme c'est le cas dans les ovaires et les testicules humains, des croisements se produiront à de nombreux points différents. Cette répétition produit une grande variété de chromosomes recombinants, des chromosomes où des fragments d'ADN ont été échangés entre homologues.
  • Orientation aléatoire des paires d'homologues. L'orientation aléatoire des paires d'homologues au cours de la métaphase de la méiose I est une autre source importante de diversité des gamètes.

Que fait exactement orientation aléatoire veux dire ici? Eh bien, une paire homologue se compose d'un homologue de votre père et d'un de votre mère, et vous avez 23 paires de chromosomes homologues en tout, en comptant les X et Y comme homologues à cette fin. Au cours de la méiose I, les paires homologues se sépareront pour former deux groupes égaux, mais ce n'est généralement pas le cas que tous les chromosomes paternels - papa - iront dans un groupe et tous les chromosomes maternels - maman dans l'autre.

Au lieu de cela, chaque paire d'homologues lancera effectivement une pièce pour décider quel chromosome va dans quel groupe. Dans une cellule avec seulement deux paires de chromosomes homologues, comme celle de droite, l'orientation aléatoire de la métaphase permet 2 2 = 4 types différents de gamètes possibles. Dans une cellule humaine, le même mécanisme permet 2 23 = 8 388 608 différents types de gamètes possibles [1] . Et cela ne considère même pas les croisements!

Compte tenu de ce genre de chiffres, il est très peu probable que deux spermatozoïdes ou ovules fabriqués par une personne soient identiques. Il est encore plus improbable que vous et votre sœur ou votre frère soyez génétiquement identiques, à moins que vous ne soyez des jumeaux identiques, grâce au processus de fécondation (dans lequel un ovule unique de maman se combine avec un sperme unique de papa, créant un zygote dont le génotype est bien au-delà d'un milliard sur mille !) [2] .

La méiose et la fécondation créent une variation génétique en créant de nouvelles combinaisons de variantes génétiques (allèles). Dans certains cas, ces nouvelles combinaisons peuvent rendre un organisme plus ou moins apte (capable de survivre et de se reproduire), fournissant ainsi la matière première de la sélection naturelle. La variation génétique est importante pour permettre à une population de s'adapter via la sélection naturelle et donc de survivre à long terme.


Qu'est-ce que la méiose 2

La deuxième division de la méiose est la méiose 2 qui est impliquée dans la ségrégation et la séparation égales des chromosomes bivalents. La méiose 2 n'est que physiquement similaire à la mitose (division cellulaire végétative), pas génétiquement puisqu'elle produit des cellules haploïdes, qui sont utilisées plus tard comme gamètes, à partir de cellules diploïdes. La méiose 2 passe par quatre phases séquentielles : prophase 2, métaphase 2, anaphase 2 et télophase 2.

Pendant prophase 2, l'enveloppe nucléaire et le nucléole disparaissent, épaississant les chromatides pour former des chromosomes. Une nouvelle paire de centrosomes apparaît dans les pôles opposés du deuxième équateur cellulaire, qui est dans une position tournée de 90 degrés par rapport à l'équateur cellulaire de la méiose 1. Le deuxième appareil à fuseau est formé à partir des deux nouveaux centrosomes. Pendant métaphase 2, les centromères des chromosomes individuels sont attachés aux deux microtubules du kinétochore de chaque côté. Les chromosomes sont alignés sur l'équateur de la deuxième cellule.

Pendant anaphase 2, les cohésines centromériques sont clivées, séparant les deux chromatides sœurs. Pendant télophase 2, les chromatides sœurs séparées, appelées chromosomes sœurs, sont déplacées vers les pôles opposés par les contractions des microtubules du kinétochore. La décondensation des chromosomes, ainsi que le démontage de l'appareil fusiforme, marquent la fin de la télophase 2. Les enveloppes nucléaires et les nucléoles se forment, suite à la division du cytoplasme, connue sous le nom de cytokinèse.

Figure 2 : Phases de la méiose 1 et 2


Spermatogenèse

La spermatogenèse se produit dans la paroi des tubes séminifères, avec des cellules souches à la périphérie du tube et les spermatozoïdes à la lumière du tube. Immédiatement sous la capsule du tubule se trouvent des cellules diploïdes indifférenciées. Ces cellules souches, appelées spermatogonies (singulier : spermatagonium), passent par la mitose avec une progéniture qui se différencie en un spermatozoïde, tandis que l'autre donne naissance à la prochaine génération de spermatozoïdes.

Figure (PageIndex<1>) : Spermatogenèse: Au cours de la spermatogenèse, quatre spermatozoïdes résultent de chaque spermatocyte primaire, qui se divise en deux spermatocytes secondaires haploïdes. Ces cellules vont subir une deuxième division méiotique pour produire quatre spermatides.

La méiose commence par une cellule appelée spermatocyte primaire. À la fin de la première division méiotique, une cellule haploïde est produite, appelée spermatocyte secondaire. Cette cellule haploïde doit subir une autre division cellulaire méiotique. La cellule produite à la fin de la méiose est appelée spermatide. Lorsqu'il atteint la lumière du tubule et produit un flagelle (ou « ldquotail »), on l'appelle un spermatozoïde. Quatre spermatozoïdes résultent de chaque spermatocyte primaire qui passe par la méiose.

Les cellules souches se déposent pendant la gestation et sont présentes de la naissance jusqu'au début de l'adolescence, mais à l'état inactif. Au cours de l'adolescence, les hormones gonadotropes de l'hypophyse antérieure provoquent l'activation de ces cellules et la production de spermatozoïdes viables. Cela continue dans la vieillesse.


Pourquoi la méiose est-elle importante ?

La méiose est importante car pendant la reproduction sexuée, elle garantit que tous les organismes produits ont le bon nombre de chromosomes. Il est également responsable de la production de variations génétiques au cours du processus de recombinaison, et il répare certains défauts génétiques.

La méiose est importante car elle reprogramme les gamètes, qui aident l'œuf fécondé à se développer et à grandir. Au cours du processus, il maintient l'intégrité de la lignée germinale en éliminant l'ARN et les protéines défectueux et élimine les méiocytes défectueux.

La méiose est une forme de division cellulaire qui crée de nouvelles combinaisons de matériel génétique dans les cellules filles nouvellement formées. Au cours de cette division, seule la moitié du nombre de chromosomes parents est utilisée et la méiose a lieu dans quatre processus vitaux.

La prophase est la première étape de la méiose et se produit lorsque les chromosomes se condensent là où ils deviennent visibles à l'intérieur du noyau. La métaphase se produit lorsque des microtubules sortent de chaque fuseau et se fixent au kinétochore. L'anaphase est le processus par lequel ces microtubules se désassemblent et se contractent, tirant deux chromosomes vers les extrémités opposées de la cellule. Au cours de la télophase, le cytoplasme se divise en deux.

Une fois la méiose terminée, le cycle recommence et est connu sous le nom de méiose II. La deuxième fois, les chromosomes de la cellule restent les mêmes.


Méiose II

Chez certaines espèces, les cellules entrent dans une brève interphase, ou interkinésie , avant d'entrer dans la méiose II. L'interkinésie n'a pas de phase S, les chromosomes ne sont donc pas dupliqués. Les deux cellules produites dans la méiose I traversent les événements de la méiose II en synchronie. Au cours de la méiose II, les chromatides sœurs des deux cellules filles se séparent, formant quatre nouveaux gamètes haploïdes. La mécanique de la méiose II est similaire à celle de la mitose, sauf que chaque cellule en division n'a qu'un seul ensemble de chromosomes homologues. Par conséquent, chaque cellule a la moitié du nombre de chromatides sœurs à séparer en une cellule diploïde en mitose.


Les étapes de la méiose

Méiose I

Comme la mitose, la méiose I se déroule en cinq étapes. Avant le début de ce premier cycle de division cellulaire, l'ADN de la cellule est répliqué pendant l'interphase du cycle cellulaire.

Prophase I

Au cours de la prophase I, les chromosomes se condensent et forment paires homologues.Chaque paire de chromosomes homologues s'aligne soigneusement afin que leurs gènes soient alignés. Ensuite, les chromosomes échangent du matériel génétique entre eux, dans un processus connu sous le nom de traverser.Cela garantit que chaque chromatide sœur n'est plus génétiquement identique.

Prométaphase I

Au cours de la prométaphase I, l'enveloppe nucléaire se décompose et les microtubules s'attachent aux chromosomes.

Métaphase I

Les paires de chromosomes homologues s'alignent le long de la plaque métaphasique au milieu de la cellule.

Anaphase I

Les paires homologues sont séparées par les microtubules et sont tirées vers les extrémités opposées de la cellule. Les paires homologues s'alignent et sont séparées au hasard dans un processus connu sous le nom de ségrégation indépendante.Ceci est fait pour augmenter encore la diversité génétique parmi les cellules filles.

Télophase I

Les chromosomes arrivent aux extrémités opposées de la cellule et le cytoplasme est divisé par cytokinèse.

Le premier cycle de division cellulaire est terminé. Les deux cellules filles haploïdes non identiques entrent maintenant dans la deuxième étape de la méiose.

Méiose II

La méiose II est très similaire au processus de la mitose, sauf qu'elle implique deux cellules haploïdes plutôt qu'une cellule diploïde.

Prophase II

Au cours de la prophase II, les chromosomes se condensent.

Prométaphase II

Les enveloppes nucléaires sont décomposées et les microtubules se fixent aux chromosomes.

Métaphase II

Les chromosomes s'alignent le long des plaques métaphasiques.

Anaphase II

Les chromosomes sont séparés par des microtubules. Les chromatides sœurs non identiques sont tirées aux extrémités opposées des cellules.

Télophase II

Les chromatides sœurs atteignent les extrémités opposées des cellules. Les cellules sont divisées par cytokinèse et quatre cellules filles haploïdes non identiques sont produites.


Comparer la méiose et la mitose

La mitose et la méiose, qui sont toutes deux des formes de division du noyau dans les cellules eucaryotes, partagent certaines similitudes, mais présentent également des différences distinctes qui conduisent à leurs résultats très différents. La mitose est une division nucléaire unique qui donne deux noyaux, généralement divisés en deux nouvelles cellules. Les noyaux résultant d'une division mitotique sont génétiquement identiques à l'original. Ils ont le même nombre de jeux de chromosomes : un dans le cas des cellules haploïdes, et deux dans le cas des cellules diploïdes. D'autre part, la méiose est constituée de deux divisions nucléaires qui donnent quatre noyaux, généralement divisés en quatre nouvelles cellules. Les noyaux résultant de la méiose ne sont jamais génétiquement identiques et ils ne contiennent qu'un seul ensemble de chromosomes, c'est-à-dire la moitié du nombre de la cellule d'origine, qui était diploïde.

Les différences dans les résultats de la méiose et de la mitose se produisent en raison des différences de comportement des chromosomes au cours de chaque processus. La plupart de ces différences dans les processus se produisent dans la méiose I, qui est une division nucléaire très différente de la mitose. Dans la méiose I, les paires de chromosomes homologues s'associent les unes aux autres, sont liées ensemble, subissent des chiasmes et des croisements entre les chromatides sœurs, et s'alignent le long de la plaque métaphasique en tétrades avec des fibres de fuseau provenant de pôles de fuseau opposés attachés à chaque kinétochore d'un homologue dans une tétrade. Tous ces événements se produisent uniquement dans la méiose I, jamais dans la mitose.

Les chromosomes homologues se déplacent vers les pôles opposés pendant la méiose I, de sorte que le nombre d'ensembles de chromosomes dans chaque futur noyau est réduit de deux à un. Pour cette raison, la méiose I est appelée division de réduction. Il n'y a pas une telle réduction du niveau de ploïdie dans la mitose.

La méiose II est beaucoup plus analogue à une division mitotique. Dans ce cas, les chromosomes dupliqués (un seul d'entre eux) s'alignent au centre de la cellule avec des kinétochores divisés attachés aux fibres du fuseau des pôles opposés. Au cours de l'anaphase II, comme dans l'anaphase mitotique, les kinétochores se divisent et une chromatide sœur est attirée vers un pôle et l'autre chromatide sœur est attirée vers l'autre pôle. S'il n'y avait pas eu de croisements, les deux produits de chaque division de la méiose II seraient identiques à ceux de la mitose, ils sont différents car il y a toujours eu au moins un croisement par chromosome. La méiose II n'est pas une division de réduction car, bien qu'il y ait moins de copies du génome dans les cellules résultantes, il y a toujours un jeu de chromosomes, comme il y en avait à la fin de la méiose I.

Les cellules produites par la mitose fonctionneront dans différentes parties du corps dans le cadre de la croissance ou du remplacement des cellules mortes ou endommagées. Ils peuvent même être impliqués dans la reproduction asexuée chez certains organismes. Les cellules produites par la méiose dans un organisme à dominance diploïde tel qu'un animal ne participeront qu'à la reproduction sexuée.

Figure 1 La méiose et la mitose sont toutes deux précédées d'un cycle de réplication de l'ADN, cependant, la méiose comprend deux divisions nucléaires. Les quatre cellules filles issues de la méiose sont haploïdes et génétiquement distinctes. Les cellules filles issues de la mitose sont diploïdes et identiques à la cellule mère.


Biologie 171


La capacité de se reproduire est une caractéristique de base de tous les organismes : les hippopotames donnent naissance à des veaux d'hippopotames Les arbres de Josué produisent des graines à partir desquelles les semis d'arbres de Josué émergent et les flamants adultes pondent des œufs qui éclosent en poussins de flamants roses. Cependant, contrairement aux organismes présentés ci-dessus, la progéniture peut ou non ressembler à ses parents. Par exemple, dans le cas de la plupart des insectes comme les papillons (avec une métamorphose complète), les formes larvaires ressemblent rarement aux formes adultes.

Bien que de nombreux organismes unicellulaires et quelques organismes multicellulaires puissent produire des clones génétiquement identiques d'eux-mêmes par reproduction asexuée, de nombreux organismes unicellulaires et la plupart des organismes multicellulaires se reproduisent régulièrement en utilisant une autre méthode—reproduction sexuée. Cette méthode hautement évoluée implique la production par les parents de deux cellules haploïdes et la fusion de deux cellules haploïdes pour former une seule cellule diploïde génétiquement recombinée, un organisme génétiquement unique. Les cellules haploïdes qui font partie du cycle de reproduction sexuelle sont produites par un type de division cellulaire appelé méiose. La reproduction sexuée, impliquant à la fois la méiose et la fécondation, introduit des variations dans la progéniture qui peuvent expliquer le succès évolutif de la reproduction sexuée. La grande majorité des organismes eucaryotes, à la fois multicellulaires et unicellulaires, peuvent ou doivent utiliser une forme de méiose et de fécondation pour se reproduire.

Chez la plupart des plantes et des animaux, à travers des milliers de cycles de division cellulaire mitotique, les cellules diploïdes (qu'elles soient produites par reproduction asexuée ou sexuée) se développeront en un organisme adulte.

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire le comportement des chromosomes pendant la méiose et les différences entre les première et deuxième divisions méiotiques
  • Décrire les événements cellulaires qui ont lieu pendant la méiose
  • Expliquer les différences entre la méiose et la mitose
  • Expliquer les mécanismes du processus méiotique qui produisent une variation génétique parmi les gamètes haploïdes

La reproduction sexuée nécessite l'union de deux cellules spécialisées, appelées gamètes , dont chacune contient un ensemble de chromosomes. Lorsque les gamètes s'unissent, ils forment un zygote, ou œuf fécondé qui contient deux ensembles de chromosomes. (Remarque : les cellules qui contiennent un ensemble de chromosomes sont appelées cellules haploïdes contenant deux ensembles de chromosomes sont appelées diploïdes.) Si le cycle de reproduction doit se poursuivre pour toute espèce se reproduisant sexuellement, alors la cellule diploïde doit en quelque sorte réduire produire des gamètes haploïdes sinon, le nombre d'ensembles de chromosomes doublera à chaque cycle de fécondation futur. Par conséquent, la reproduction sexuée nécessite une division nucléaire qui réduit de moitié le nombre de jeux de chromosomes.

La plupart des animaux et des plantes et de nombreux organismes unicellulaires sont diploïdes et ont donc deux ensembles de chromosomes. Dans chaque cellule somatique de l'organisme (toutes les cellules d'un organisme multicellulaire à l'exception des gamètes ou cellules reproductrices), le noyau contient deux copies de chaque chromosome, appelées chromosomes homologués. Les chromosomes homologues sont des paires appariées contenant les mêmes gènes à des emplacements identiques sur leur longueur. Les organismes diploïdes héritent d'une copie de chaque chromosome homologue de chaque parent.

La méiose est la division nucléaire qui forme des cellules haploïdes à partir de cellules diploïdes, et utilise bon nombre des mêmes mécanismes cellulaires que la mitose. Cependant, comme vous l'avez appris, mitose produit des cellules filles dont les noyaux sont génétiquement identiques au noyau parent d'origine. Dans la mitose, les noyaux parent et fils sont au même «niveau de ploïdie» - diploïde dans le cas de la plupart des animaux multicellulaires. Les plantes utilisent la mitose pour se développer en tant que sporophytes, et pour croître et produire des œufs et du sperme en tant que gamétophytes, elles utilisent donc la mitose pour les cellules haploïdes et diploïdes (ainsi que pour toutes les autres ploïdies). Dans la méiose, le noyau de départ est toujours diploïde et les noyaux filles qui en résultent sont haploïdes. Pour obtenir cette réduction du nombre de chromosomes, la méiose consiste en un cycle de réplication chromosomique suivi de deux cycles de division nucléaire. Étant donné que les événements qui se produisent au cours de chacune des étapes de la division sont analogues aux événements de la mitose, les mêmes noms d'étape sont attribués. Cependant, comme il y a deux tours de division, le processus principal et les étapes sont désignés par un « I » ou un « II ». Ainsi, la méiose I est le premier cycle de division méiotique et se compose de la prophase I, de la prométaphase I, etc. De même, la méiose II (au cours de laquelle le deuxième cycle de division méiotique a lieu) comprend la prophase II, la prométaphase II, etc.

Méiose I

La méiose est précédée d'une interphase composée de G1, S et G2 phases, qui sont presque identiques aux phases précédant la mitose. Le G1 (la "première phase de brèche") est axée sur la croissance cellulaire. Au cours de la phase S, la deuxième phase de l'interphase, la cellule copie ou réplique l'ADN des chromosomes. Enfin, dans le G2 (la « deuxième phase de brèche »), la cellule subit les derniers préparatifs pour la méiose.

Au cours de la duplication de l'ADN en phase S, chaque chromosome est répliqué pour produire deux copies identiques—chromatides soeurs qui sont maintenus ensemble au centromère par des protéines de cohésine, qui maintiennent les chromatides ensemble jusqu'à l'anaphase II.

Prophase I

Au début de la prophase I, avant que les chromosomes ne soient clairement visibles au microscope, les chromosomes homologues sont attachés à leur extrémité à l'enveloppe nucléaire par des protéines. Lorsque l'enveloppe nucléaire commence à se décomposer, les protéines associées aux chromosomes homologues rapprochent la paire. Rappelons que dans la mitose, les chromosomes homologues ne s'apparient pas. Le complexe synaptonémique, un réseau de protéines entre les chromosomes homologues, se forme d'abord à des emplacements spécifiques, puis s'étend vers l'extérieur pour couvrir toute la longueur des chromosomes. L'appariement étroit des chromosomes homologues est appelé synapse. Dans la synapsis, les gènes sur les chromatides des chromosomes homologues sont alignés précisément les uns avec les autres. Le complexe synaptonémique prend en charge l'échange de segments chromosomiques entre les chromatides homologues non sœurs, un processus appelé croisement . Le croisement peut être observé visuellement après l'échange comme chiasmata (singulier = chiasma) ((Figure)).

Chez l'homme, même si les chromosomes sexuels X et Y ne sont pas complètement homologues (c'est-à-dire que la plupart de leurs gènes diffèrent), il existe une petite région d'homologie qui permet aux chromosomes X et Y de s'apparier pendant la prophase I. Un synaptonémal partiel complexe ne se développe qu'entre les régions d'homologie.


À intervalles réguliers le long du complexe synaptonémal se trouvent de grands assemblages de protéines appelés nodules de recombinaison. Ces assemblages marquent les points de chiasmata ultérieurs et médient le processus en plusieurs étapes de croisement - ou de recombinaison génétique - entre les chromatides non sœurs. Près du nodule de recombinaison, l'ADN double brin de chaque chromatide est clivé, les extrémités coupées sont modifiées et une nouvelle connexion est établie entre les chromatides non sœurs. Au fur et à mesure que la prophase I progresse, le complexe synaptonémique commence à se décomposer et les chromosomes commencent à se condenser. Lorsque le complexe synaptonémique a disparu, les chromosomes homologues restent attachés les uns aux autres au centromère et aux chiasmas. Les chiasmes subsistent jusqu'à l'anaphase I. Le nombre de chiasmes varie selon l'espèce et la longueur du chromosome. Il doit y avoir au moins un chiasma par chromosome pour une séparation correcte des chromosomes homologues pendant la méiose I, mais il peut y en avoir jusqu'à 25. Après le croisement, le complexe synaptonémique se décompose et la connexion de cohésine entre les paires homologues est supprimée. À la fin de la prophase I, les paires sont maintenues ensemble uniquement au niveau des chiasmas ((Figure)). Ces paires sont appelées tétrades car les quatre chromatides sœurs de chaque paire de chromosomes homologues sont désormais visibles.

Les événements de croisement sont la première source de variation génétique dans les noyaux produits par la méiose. Un seul événement de croisement entre des chromatides homologues non sœurs conduit à un échange réciproque d'ADN équivalent entre un chromosome maternel et un chromosome paternel. Lorsqu'une chromatide sœur recombinante est déplacée dans une cellule de gamète, elle portera de l'ADN d'un parent et de l'ADN de l'autre parent. La chromatide recombinante possède une combinaison de gènes maternels et paternels qui n'existaient pas avant le croisement. Les événements de croisement peuvent se produire presque n'importe où le long des chromosomes synapsés. Différentes cellules subissant la méiose produiront donc différentes chromatides recombinantes, avec des combinaisons variables de gènes maternels et parentaux. Les croisements multiples dans un bras du chromosome ont le même effet, échangeant des segments d'ADN pour produire des chromosomes génétiquement recombinés.


Prométaphase I

L'événement clé de la prométaphase I est la fixation des microtubules à fibres fusiformes aux protéines kinétochores au niveau des centromères. Les protéines kinétochores sont des complexes multiprotéiques qui lient les centromères d'un chromosome aux microtubules du fuseau mitotique. Les microtubules se développent à partir des centres d'organisation des microtubules (MTOC). Dans les cellules animales, les MTOC sont des centrosomes situés aux pôles opposés de la cellule. Les microtubules de chaque pôle se déplacent vers le milieu de la cellule et s'attachent à l'un des kinétochores des deux chromosomes homologues fusionnés. Chaque membre de la paire homologue s'attache à un microtubule s'étendant à partir des pôles opposés de la cellule de sorte que dans la phase suivante, les microtubules puissent séparer la paire homologue. Une fibre fusiforme qui s'est attachée à un kinétochore est appelée un microtubule kinétochore. À la fin de la prométaphase I, chaque tétrade est attachée aux microtubules des deux pôles, avec un chromosome homologue faisant face à chaque pôle. Les chromosomes homologues sont toujours maintenus ensemble au niveau des chiasmas. De plus, la membrane nucléaire s'est complètement rompue.

Métaphase I

Au cours de la métaphase I, les chromosomes homologues sont disposés au plaque de métaphase-à peu près dans la ligne médiane de la cellule, avec les kinétochores face aux pôles opposés. Les paires homologues s'orientent aléatoirement à l'équateur. Par exemple, si les deux membres homologues du chromosome 1 sont étiquetés une et b, alors les chromosomes pourraient s'aligner a-b ou b-a. Ceci est important pour déterminer les gènes portés par un gamète, car chacun ne recevra qu'un des deux chromosomes homologues. (Rappelez-vous qu'une fois le croisement effectué, les chromosomes homologues ne sont pas identiques. Ils contiennent de légères différences dans leur information génétique, ce qui fait que chaque gamète a une constitution génétique unique.)

Le caractère aléatoire de l'alignement des chromosomes recombinés au niveau de la plaque métaphasique, associé aux événements de croisement entre les chromatides non sœurs, est responsable d'une grande partie de la variation génétique de la progéniture. Pour clarifier cela davantage, rappelez-vous que les chromosomes homologues d'un organisme se reproduisant sexuellement sont à l'origine hérités en deux ensembles distincts, un de chaque parent. En prenant l'exemple des humains, un ensemble de 23 chromosomes est présent dans l'ovule donné par la mère. Le père fournit l'autre ensemble de 23 chromosomes dans le sperme qui féconde l'ovule. Chaque cellule de la progéniture multicellulaire possède des copies des deux ensembles originaux de chromosomes homologues. Dans la prophase I de la méiose, les chromosomes homologues forment les tétrades. En métaphase I, ces paires s'alignent à mi-chemin entre les deux pôles de la cellule pour former la plaque métaphasique. Parce qu'il y a une chance égale qu'une fibre microtubulaire rencontre un chromosome hérité de la mère ou du père, l'arrangement des tétrades au niveau de la plaque métaphasique est aléatoire. Ainsi, tout chromosome hérité de la mère peut faire face à l'un ou l'autre pôle. De même, tout chromosome hérité paternellement peut également faire face à l'un ou l'autre pôle. L'orientation de chaque tétrade est indépendante de l'orientation des 22 autres tétrades.

Cet événement—le Aléatoire (ou indépendant) assortiment de chromosomes homologues au niveau de la plaque métaphasique - est le deuxième mécanisme qui introduit des variations dans les gamètes ou les spores. Dans chaque cellule qui subit la méiose, la disposition des tétrades est différente. Le nombre de variations dépend du nombre de chromosomes constituant un ensemble. Il y a deux possibilités d'orientation au niveau de la plaque métaphasique le nombre d'alignements possibles est donc égal à 2 m dans une cellule diploïde, où m est le nombre de chromosomes par ensemble haploïde. Les humains ont 23 paires de chromosomes, ce qui donne plus de huit millions (2 23 ) de gamètes génétiquement distincts possibles uniquement à partir de l'alignement aléatoire des chromosomes au niveau de la plaque métaphasique. Ce nombre n'inclut pas la variabilité qui était précédemment produite par le croisement entre les chromatides non sœurs. Compte tenu de ces deux mécanismes, il est hautement improbable que deux cellules haploïdes résultant de la méiose aient la même composition génétique ((Figure)).

Pour résumer, la méiose I crée des gamètes génétiquement divers de deux manières. Premièrement, au cours de la prophase I, des événements de croisement entre les chromatides non sœurs de chaque paire de chromosomes homologues génèrent des chromatides recombinantes avec de nouvelles combinaisons de gènes maternels et paternels. Deuxièmement, l'assortiment aléatoire de tétrades sur la plaque métaphasique produit des combinaisons uniques de chromosomes maternels et paternels qui se retrouveront dans les gamètes.


Anaphase I

Dans l'anaphase I, les microtubules séparent les chromosomes liés. Les chromatides sœurs restent étroitement liées au centromère. Les chiasmata sont brisés en anaphase I lorsque les microtubules attachés aux kinétochores fusionnés séparent les chromosomes homologues ((Figure)).

Télophase I et cytokinèse

En télophase, les chromosomes séparés arrivent aux pôles opposés. Le reste des événements de télophase typiques peut ou non se produire, selon l'espèce. Dans certains organismes, les chromosomes se « décondensent » et des enveloppes nucléaires se forment autour des ensembles séparés de chromatides produits pendant la télophase I. Dans d'autres organismes, cytokinèse—la séparation physique des composants cytoplasmiques en deux cellules filles—se produit sans reformation des noyaux. Chez presque toutes les espèces d'animaux et certains champignons, la cytokinèse sépare le contenu cellulaire via un sillon de clivage (constriction de l'anneau d'actine qui conduit à la division cytoplasmique). Chez les plantes, un plaque de cellule est formé au cours de la cytokinèse cellulaire par la fusion des vésicules de Golgi au niveau de la plaque métaphasique. Cette plaque cellulaire conduira finalement à la formation de parois cellulaires qui séparent les deux cellules filles.

Deux cellules haploïdes sont le résultat de la première division méiotique d'une cellule diploïde. Les cellules sont haploïdes car à chaque pôle, il n'y a qu'un seul de chaque paire de chromosomes homologues. Par conséquent, un seul ensemble complet de chromosomes est présent. C'est pourquoi les cellules sont considérées comme haploïdes - il n'y a qu'un seul jeu de chromosomes, même si chaque chromosome est toujours constitué de deux chromatides sœurs. Rappelons que les chromatides sœurs ne sont que des doubles de l'un des deux chromosomes homologues (à l'exception des changements survenus lors du croisement). Dans la méiose II, ces deux chromatides sœurs se sépareront, créant quatre cellules filles haploïdes.

Passez en revue le processus de méiose, en observant comment les chromosomes s'alignent et migrent, avec Animal Cell Meiosis (Javascript interactif).

Méiose II

Chez certaines espèces, les cellules entrent dans une brève interphase, ou interkinésie, avant d'entrer dans la méiose II. L'interkinésie n'a pas de phase S, les chromosomes ne sont donc pas dupliqués. Les deux cellules produites dans la méiose I traversent les événements de la méiose II en synchronie. Au cours de la méiose II, les chromatides sœurs des deux cellules filles se séparent, formant quatre nouveaux gamètes haploïdes. La mécanique de la méiose II est similaire à la mitose, sauf que chaque cellule en division n'a qu'un seul ensemble de chromosomes homologues, chacun avec deux chromatides. Par conséquent, chaque cellule a la moitié du nombre de chromatides sœurs à séparer en une cellule diploïde en mitose. En termes de contenu chromosomique, les cellules au début de la méiose II sont similaires aux cellules haploïdes de G2, se préparant à subir une mitose.

Prophase II

Si les chromosomes se décondensent en télophase I, ils se condensent à nouveau. Si des enveloppes nucléaires se sont formées, elles se fragmentent en vésicules. Les MTOC qui ont été dupliqués pendant l'interkinésie s'éloignent les uns des autres vers les pôles opposés, et de nouveaux fuseaux se forment.

Prométaphase II

Les enveloppes nucléaires sont complètement décomposées et le fuseau est complètement formé. Chaque chromatide sœur forme un kinétochore individuel qui s'attache aux microtubules des pôles opposés.

Métaphase II

Les chromatides sœurs sont condensées et alignées au maximum à l'équateur de la cellule.

Anaphase II

Les chromatides sœurs sont séparées par les microtubules du kinétochore et se déplacent vers les pôles opposés. Les microtubules non kinétochores allongent la cellule.


Télophase II et cytokinèse

Les chromosomes arrivent aux pôles opposés et commencent à se décondenser. Des enveloppes nucléaires se forment autour des chromosomes. Si la cellule mère était diploïde, comme c'est le plus souvent le cas, alors la cytokinèse sépare maintenant les deux cellules en quatre cellules haploïdes uniques. Les cellules produites sont génétiquement uniques en raison de l'assortiment aléatoire d'homologues paternels et maternels et en raison de la recombinaison des segments maternels et paternels de chromosomes (avec leurs ensembles de gènes) qui se produit pendant le croisement. L'ensemble du processus de la méiose est décrit dans (Figure).


Comparer la méiose et la mitose

La mitose et la méiose sont deux formes de division du noyau dans les cellules eucaryotes. Ils partagent certaines similitudes, mais présentent également un certain nombre de différences importantes et distinctes qui conduisent à des résultats très différents ((Figure)). La mitose est une division nucléaire unique qui se traduit par deux noyaux qui sont généralement divisés en deux nouvelles cellules. Les noyaux résultant d'une division mitotique sont génétiquement identiques au noyau d'origine. Ils ont le même nombre de jeux de chromosomes : un jeu dans le cas des cellules haploïdes et deux jeux dans le cas des cellules diploïdes. En revanche, la méiose consiste en deux divisions nucléaires résultant en quatre noyaux qui sont généralement divisés en quatre nouvelles cellules génétiquement distinctes. Les quatre noyaux produits au cours de la méiose ne sont pas génétiquement identiques et ne contiennent qu'un seul ensemble de chromosomes. C'est la moitié du nombre de jeux de chromosomes dans la cellule d'origine, qui est diploïde.

Les principales différences entre la mitose et la méiose se produisent dans la méiose I, qui est une division nucléaire très différente de la mitose. Dans la méiose I, les paires de chromosomes homologues se rencontrent physiquement et sont liées par le complexe synaptonémique. Suite à cela, les chromosomes développent des chiasmata et subissent un croisement entre les chromatides non sœurs. À la fin, les chromosomes s'alignent le long de la plaque métaphasique sous forme de tétrades, avec des fibres de kinétochore provenant de pôles de fuseau opposés attachés à chaque kinétochore d'un homologue pour former une tétrade. Tous ces événements se produisent uniquement dans la méiose I.

Lorsque les chiasmas se résolvent et que la tétrade est rompue avec les homologues se déplaçant vers un pôle ou un autre, le niveau de ploïdie - le nombre d'ensembles de chromosomes dans chaque futur noyau - a été réduit de deux à un. Pour cette raison, la méiose I est appelée division réductionnelle. Il n'y a pas une telle réduction du niveau de ploïdie pendant la mitose.

La méiose II est analogue à une division mitotique. Dans ce cas, les chromosomes dupliqués (un seul d'entre eux) s'alignent sur la plaque métaphasique avec des kinétochores divisés attachés aux fibres de kinétochore des pôles opposés. Au cours de l'anaphase II, comme dans l'anaphase mitotique, les kinétochores se divisent et une chromatide sœur - maintenant appelée chromosome - est tirée vers un pôle tandis que l'autre chromatide sœur est tirée vers l'autre pôle. S'il n'y avait pas eu de croisement, les deux produits de chaque division individuelle de la méiose II seraient identiques (comme dans la mitose). Au lieu de cela, ils sont différents car il y a toujours eu au moins un croisement par chromosome. La méiose II n'est pas une division de réduction car bien qu'il y ait moins de copies du génome dans les cellules résultantes, il y a toujours un jeu de chromosomes, comme il y en avait à la fin de la méiose I.


Le mystère de l'évolution de la méiose Certaines caractéristiques des organismes sont si répandues et fondamentales qu'il est parfois difficile de se rappeler qu'elles ont évolué comme d'autres traits simples. La méiose est une série d'événements cellulaires si extraordinairement complexes que les biologistes ont eu du mal à tester des hypothèses concernant son évolution. Bien que la méiose soit inextricablement liée à la reproduction sexuée et à ses avantages et inconvénients, il est important de séparer les questions de l'évolution de la méiose et de l'évolution du sexe, car la méiose précoce peut avoir été avantageuse pour des raisons différentes de ce qu'elle est actuellement. Sortir des sentiers battus et imaginer quels auraient été les premiers avantages de la méiose est une approche pour découvrir comment elle a pu évoluer.

La méiose et la mitose partagent des processus cellulaires évidents, et il est logique que la méiose ait évolué à partir de la mitose. La difficulté réside dans les différences claires entre la méiose I et la mitose. Adam Wilkins et Robin Holliday 1 ont résumé les événements uniques qui devaient se produire pour l'évolution de la méiose à partir de la mitose. Ces étapes sont l'appariement et la synapsis des chromosomes homologues, les échanges croisés, les chromatides sœurs restant attachées pendant l'anaphase et la suppression de la réplication de l'ADN en interphase. Ils soutiennent que la première étape est la plus difficile et la plus importante et que comprendre comment elle a évolué rendrait le processus évolutif plus clair. Ils suggèrent des expériences génétiques qui pourraient éclairer l'évolution des synapses.

Il existe d'autres approches pour comprendre l'évolution de la méiose en cours. Différentes formes de méiose existent chez les protistes unicellulaires. Certaines semblent être des formes de méiose plus simples ou plus « primitives ». La comparaison des divisions méiotiques de différents protistes peut éclairer l'évolution de la méiose. Marilee Ramesh et ses collègues 2 ont comparé les gènes impliqués dans la méiose chez les protistes pour comprendre quand et où la méiose aurait pu évoluer. Bien que la recherche soit toujours en cours, des études récentes sur la méiose chez les protistes suggèrent que certains aspects de la méiose peuvent avoir évolué plus tard que d'autres. Ce type de comparaison génétique peut nous dire quels aspects de la méiose sont les plus anciens et à quels processus cellulaires ils peuvent avoir emprunté dans les cellules antérieures.

Cliquez sur How Cells Divide (site Web, interactif) pour comparer le processus méiotique de la division cellulaire à celui de la mitose.

Résumé de la section

La reproduction sexuée nécessite que les organismes produisent des cellules qui peuvent fusionner pendant la fécondation pour produire une progéniture. Chez la plupart des animaux, la méiose est utilisée pour produire des ovules haploïdes et du sperme à partir de cellules parentales diploïdes, de sorte que la fusion d'un ovule et d'un spermatozoïde produit un zygote diploïde. Comme pour la mitose, la réplication de l'ADN se produit avant la méiose pendant la phase S du cycle cellulaire, de sorte que chaque chromosome devient une paire de chromatides sœurs. Dans la méiose, il y a deux cycles de division nucléaire résultant en quatre noyaux et généralement quatre cellules filles, chacune avec la moitié du nombre de chromosomes en tant que cellule mère. La première division sépare les homologues et la seconde, comme la mitose, sépare les chromatides en chromosomes individuels. La méiose génère une variation dans les noyaux filles lors du croisement en prophase I ainsi que lors de l'alignement aléatoire des tétrades en métaphase I. Les cellules produites par la méiose sont génétiquement uniques.

La méiose et la mitose partagent des processus similaires, mais ont des résultats distincts. Les divisions mitotiques sont des divisions nucléaires uniques qui produisent des noyaux filles génétiquement identiques (c'est-à-dire que chaque noyau fille a le même nombre d'ensembles de chromosomes que la cellule d'origine). En revanche, les divisions méiotiques comprennent deux divisions nucléaires qui produisent finalement quatre noyaux filles génétiquement différents qui n'ont qu'un seul ensemble de chromosomes (au lieu des deux ensembles de chromosomes dans la cellule mère). Les principales différences entre les deux processus de division nucléaire ont lieu lors de la première division de la méiose : paire de chromosomes homologues, croisement et échange de segments de chromatides non sœurs homologues. Les chromosomes homologues se séparent en différents noyaux au cours de la méiose I, provoquant une réduction du niveau de ploïdie en première division. La deuxième division de la méiose est similaire à une division mitotique, sauf que les cellules filles ne contiennent pas de génomes identiques en raison du croisement et de la recombinaison chromosomique en prophase I.

Réponse libre

Décrivez le processus qui aboutit à la formation d'une tétrade.

Pendant l'interphase méiotique, chaque chromosome est dupliqué. Les chromatides sœurs qui se forment lors de la synthèse sont maintenues ensemble dans la région du centromère par des protéines de cohésine. Tous les chromosomes sont attachés à l'enveloppe nucléaire par leurs extrémités. As the cell enters prophase I, the nuclear envelope begins to fragment and the proteins holding homologous chromosomes locate each other. The four sister chromatids align lengthwise, and a protein lattice called the synaptonemal complex is formed between them to bind them together. The synaptonemal complex facilitates crossover between nonsister chromatids, which is observed as chiasmata along the length of the chromosome. As prophase I progresses, the synaptonemal complex breaks down and the sister chromatids become free, except where they are attached by chiasmata. At this stage, the four chromatids are visible in each homologous pairing and are called a tetrad.

Explain how the random alignment of homologous chromosomes during metaphase I contributes to the variation in gametes produced by meiosis.

Random alignment leads to new combinations of traits. The chromosomes that were originally inherited by the gamete-producing individual came equally from the egg and the sperm. In metaphase I, the duplicated copies of these maternal and paternal homologous chromosomes line up across the center of the cell. The orientation of each tetrad is random. There is an equal chance that the maternally derived chromosomes will be facing either pole. The same is true of the paternally derived chromosomes. The alignment should occur differently in almost every meiosis. As the homologous chromosomes are pulled apart in anaphase I, any combination of maternal and paternal chromosomes will move toward each pole. The gametes formed from these two groups of chromosomes will have a mixture of traits from the individual’s parents. Each gamete is unique.

What is the function of the fused kinetochore found on sister chromatids in prometaphase I?

In metaphase I, the homologous chromosomes line up at the metaphase plate. In anaphase I, the homologous chromosomes are pulled apart and move to opposite poles. Sister chromatids are not separated until meiosis II. The fused kinetochore formed during meiosis I ensures that each spindle microtubule that binds to the tetrad will attach to both sister chromatids.

In a comparison of the stages of meiosis to the stages of mitosis, which stages are unique to meiosis and which stages have the same events in both meiosis and mitosis?

All of the stages of meiosis I, except possibly telophase I, are unique because homologous chromosomes are separated, not sister chromatids. In some species, the chromosomes do not decondense and the nuclear envelopes do not form in telophase I. All of the stages of meiosis II have the same events as the stages of mitosis, with the possible exception of prophase II. In some species, the chromosomes are still condensed and there is no nuclear envelope. Other than this, all processes are the same.

Why would an individual with a mutation that prevented the formation of recombination nodules be considered less fit than other members of its species?

The chromosomes of the individual cannot cross over during meiosis if the individual cannot make recombination nodules. This limits the genetic diversity of the individual’s gametes to what occurs during independent assortment, with all daughter cells receiving complete maternal or paternal chromatids. An individual who cannot produce diverse offspring is considered less fit than individuals who do produce diverse offspring.

Does crossing over occur during prophase II? From an evolutionary perspective, why is this advantageous?

Crossing over does not occur during prophase II it only occurs during prophase I. In prophase II, there are still two copies of each gene, but they are on sister chromatids within a single chromosome (rather than homologous chromosomes as in prophase I). Therefore, any crossover event would still produce two identical chromatids. Because it is advantageous to avoid wasting energy on events that will not increase genetic diversity, crossing over does not occur.

Footnotes

    Adam S. Wilkins et Robin Holliday, « L'évolution de la méiose à partir de la mitose », La génétique 181 (2009): 3–12. Marilee A. Ramesh, Shehre-Banoo Malik et John M. Logsdon, Jr, "Un inventaire phylogénétique des gènes méiotiques: preuves du sexe dans Giardia et une origine eucaryote précoce de la méiose », Biologie actuelle 15 (2005):185–91.

Glossaire


Voir la vidéo: Meiosis II (Juin 2022).


Commentaires:

  1. Faekus

    En tant que spécialiste de ce sujet, je voudrais vous poser des questions un peu différentes. Quel genre de sport avez-vous aimé ou lequel préférez-vous ? Et surtout, avez-vous déjà joué chez des bookmakers ? Si vous avez joué, avez-vous gagné ou perdu plus ?

  2. Bakinos

    Je ferais mieux, peut-être, de me taire

  3. Kazracage

    Votre message, simplement le charme

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    Votre sujet ressemble à une parabole de voyazytsya sur Internet depuis un mois maintenant. On l'appelle aussi parfois le boyan barbu. Mais en général, merci kaneshn

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