Système de détermination sexuelle

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Un système de détermination sexuelle est un système biologique qui détermine le développement des caractères sexuels d'un organisme. La plupart des systèmes de détermination sexuelle des animaux impliquent un mécanisme génétique basé sur les chromosomes de cet organisme. Cependant, d'autres systèmes existent et peuvent impliquer par exemple d'autres variables comme la température. Les détails de certains systèmes de détermination sexuelle n'ont pas encore complètement été élucidés.

Quelques systèmes de détermination sexuelle:

Le sexe peut être lié :

  • à la présence d'un hétérochromosome comme la présence du chromosome Y chez l'homme.
  • aux conditions environnementales au cours du développement par exemple la température) chez le crocodile ou la tortue.
  • à la proportion entre le nombre d'autosomes par rapport au nombre d'hétérochromosomes comme chez la drosophile)
  • Ainsi un système biologique détermine le développement des caractères sexuels d'un organisme. La plupart des systèmes de détermination sexuelle des animaux impliquent un mécanisme génétique basé sur les chromosomes de cet organisme. Cependant, d'autres systèmes existent et peuvent impliquer d'autres variables telles que les facteurs du milieu : la localisation des jeunes avant leur différenciation sexuelle et la température d'incubation des œufs. Ces mécanismes dépendent d'un ensemble de signaux cellulaires et hormonaux qui interagissent de manière régulée et ordonnée . Ils contribuent à la mise en place de l'appareil génital et à l'établissement d'un phénotype soit masculin soit féminin. Mais certains détails des systèmes de détermination sexuelles ne sont pas encore totalement élucidés.

Le sexe phénotypique ou somatique : c'est la somme de caractères sexuels secondaires apparaissant à l'état embryonnaire, dotant l'organisme des spécificités propres au mâle ou propres à la femelle. Le sexe légal dépend de phénotypes du nouveau-né ; pour finir le sexe psychologique est influencé par l'action des hormones mâles ou femelles sur le comportement, détermine donc l'adaptation dans le milieu.


Détermination génétique[modifier | modifier le code]

Différenciation chromosomique[modifier | modifier le code]

La fécondation[modifier | modifier le code]

  • La différenciation chromosomique s'initie dès la fécondation, lors du croisement entre un homozygote et un hétérozygote, elle est portée sur une seule paire de chromosomes sexuels (hétérochromosome), qui se distingue des autosomes.
  • Peu importe le nombre de X, la présence d'un seul Y détermine l'orientation vers un sexe masculin dans l'espèce humaine.
  • Ces différences seront amplifiées par la nature diploïde de la femelle (2n) et haploïde chez le mâle (n).

Détermination pré-zygotique[modifier | modifier le code]

  • Le plus fréquent des systèmes de détermination sexuelle est le type hétérogamétique mâle (XY) et homogamétique femelle (XX) que l'on retrouve chez les mammifères; reptiles (lézards, serpents); quelques amphibiens (grenouilles); certains poissons.
  • Le système XX/X0 de détermination sexuelle la femelle est homogamétique et le mâle monogamétique il ne porte que le chromosome X.
  • Le système hétérogamétique femelle ZW et homogamétique mâle ZZ est présent chez les insectes Lépidoptères (papillons), certains crustacés, la totalité des oiseaux, les Urodèles ( Tritons, Salamandre), quelques reptiles (Varans), quelques poissons (les Gambusies).

Différenciation gonadique[modifier | modifier le code]

  • L'invisibilité de différences entre les régions génitales des embryons mâles et femelles est constatée au début du développement embryonnaire, ce stade correspond au stade indifférencié. Cette indifférenciation a une durée de huit semaines.
  • Les gonades sont formées par les cellules germinales primordiales (PGC), responsables de l'organisation des gamètes (spermatozoïdes et ovocytes) et également par les cellules somatiques qui vont couvrir les cellules germinales. Les gonades se différencient en testicules en présence de chromosome Y chez le mâle et ce chromosome contient sur sa partie spécifique le gène SRY (Sex-determining Region of Y chromosome), codant pour la protéine TDF, qui entraine la différenciation testiculaire résultante d'une série de réactions. En absence de gène Y chez la femelle (XX), la différenciation est ovarienne.
  • Différenciation testiculaire : les testicules se différencient au cour de la 7e semaine. Cette différenciation est caractérisée par la formation de cordons épithéliaux organisés en cellules germinales (les spermatogonies) et en cellules somatiques (cellules de Sertoli). L'étape préliminaire de la mise en place des organes testiculaires est la différenciation des cellules de Sertoli (secrétant l'hormone anti-mullerienne qui aide à la dégradation du canal du Muller). Ces cellules s'unissent les unes aux autres et enveloppent les cellules germinales. Les cellules de Leydig (productrices de la testostérone favorisent la conservation du canal de Wolff) se différencient à partir de la huitième semaine.
  • Différenciation ovarienne: C'est au cours de la huitième semaine de développement que débute la différenciation ovarienne, elle est d'ailleurs caractérisé par le barrage de cellules germinales en ovocyte I qui est la première étape de la différenciation femelle de la gonade Facteur biologique.

Chez les humains, la multiplication des chromosomes X ou Y provoque des maladies, par exemple le syndrome de Klinefelter, syndrome pseudo-Klinefelter, syndrome triple X, syndrome de Turner, hermaphrodisme.

Facteur biologique[modifier | modifier le code]

  • Gènes impliqués dans la différenciation ovarienne :

Cas complexe et variable selon les espèces, actuellement nous n'avons pas été capables d'identifier des facteurs entrant dans le déterminisme sexuelle chez une femelle, mais nous savons que les gènes ( Wtn4 ) et ( Dax1 ) inhibent l'expression génique de la différenciation mâle. Ils s'expriment donc en faveur d'une différenciation femelle.

  • Gènes impliqués dans la différenciation testiculaire

' - ( SRY )  : Gène qui régule l'expression d'autres facteurs intervenant dans le déterminisme sexuelles, il est porté par le chromosome Y et représente donc le premier gène jouant un rôle dans la différenciation des organes génitaux mâles.

- ( Sox9 )  : Facteur de transcription. Son rôle est d'activer l'expression des bon gènes au moment et endroit voulus au cours de la différenciation.

- ( l'Amh ) : Hormone anti-mullérienne, rôle dans la régression du canal de Muller, différenciation des organes génitaux internes en testicules.

- ( Fgf9 )  : Facteur de croissance, qui joue un rôle dans la différenciation des cellules de Sertoli.

- ( Wt1 wilms tumour 1), ( Sf1 sterodogenic factor 1), (Dmrt1 Ferguson-Smith) sont des acteurs moléculaires activés par SRY, certains intervenant dans le stade de la gonade indifférenciée puis après durant la spécialisation des organes génitaux mâles.

  • Hormones impliquées dans le déterminisme sexuel:
  • Testostérone : hormone régulatrice, elle joue un rôle dans le développement des organes génitaux internes et externes ainsi que dans la spermatogenèse.
  • Œstrogène : hormone responsable du développement des organes génitaux femelles et de leur maintien.

D'autres acteurs moléculaires sont encore à citer, et tous permettent une coordination du cycle du déterminisme sexuel nécessaire à la future reproduction de l'individu.

Différenciation phénotypique[modifier | modifier le code]

  • Étape consistant en la transformation des canaux génitaux indifférenciés en canal génital masculin ou féminin selon l'influence des mécanismes moléculaires régulateurs.
  • Un dimorphisme sexuel est mis en place (mâles et femelle d’apparence différente ).

Détermination environnementale[modifier | modifier le code]

Le contrôle épigénétique du sexe, qui correspond à l'ensemble des modification de l'expression des gènes par : l'environnement ou l'histoire individuelle transmissibles d'une génération à l'autre, réversible, sans modification des séquences nucléotidiques (soit à court terme) par exemple chez la souris les soins maternels sont transmis de génération en génération mais ne sont pas inscrits dans le patrimoine génétique. Les facteurs environnementaux peuvent entraîner un changement du sexe prédéfini lors du déterminisme génétique.

  • Le rapport entre le nombre de naissance des femelles et des mâles (sex-ratio) peut varier selon différents facteurs:
    • Facteurs abiotiques : la températures, l'humidité, le pH, le rapport k+/Ca2+
    • Facteurs biotiques : la taille, selon le nombre d'individus (ex: si pas assez de mâles les femelles acquièrent des testicules)
    • Facteurs sociaux : interaction avec d'autres individus.

Détermination par la température[modifier | modifier le code]

Le TSD ou (anglais Temperatue-Dependent Sex Determinatio) est un système de différentiation sexuelle au cours du développement embryonnaire qui va faire de l'embryon un mâle ou une femelle. En fonction de la température : on observe des individus hétérothermes et ectothermes

  • Hétérotherme : variation de la température corporelle (homotherme ou la température du corps est constante)
  • Ectotherme : température corporelle dépend du milieu extérieur

La température influe sur la différenciation des gonades chez les reptiles (lézards, tortues et crocodiles) la température d'incubation des œufs détermine le sexe des individus si celle-ci est :

  • chez les lézards : 0<T<30 = ♀ et si T>30 = ♂
  • chez les tortues : 0<T<30= ♂ et si T>30 = ♀
  • chez les tortues Emys Orbicularis, le sexe gonadique est déterminé par la température à laquelle se produit le développement embryonnaire à partir du 14e jour si T°C < 27 °C = ♂ si T°C > 29,5 °C = ♀

Déterminisme chimique[modifier | modifier le code]

  • Exemple de la tortue Emys orbicularissi :

on ajoute artificiellement une hormone masculinisante comme des stéroïdes dans l'embryon, on observe des modifications sexuelles : on a une T° < 27°c donc formation de ♂ : et on ajoute artificiellement du benzoate d’œstradiol. il y inhibition des tubes séminifères cela favorise le développement d'ovaires. on ajoute artificiellement du tarmoxifien = ♂ ;On a une T°>29,5° donc production de ♀ et en ajoutant artificiellement : Ostradiol = ♀Tramoxifien = intersexué.

Chez la tortue on peut dire que la température et les concentrations en hormones influent sur le déterminisme sexuel, on remarque que la température agit sur l'œstradiol : à 30°c la production d'oestradiol est plus importante et donc permet l'expression de gène liés;

Exemple du ver marinla : la femelle représente 90% du ver ; le mâle est minuscule et féconde en permanence la femelle. Si la larve produite atteint un substrat rocheux : développement d'une femelle ; si la larve atteint le probocis d'une femelle, il y aura développement d'un mâle en présence de substances masculinisantes.

Facteurs sociaux[modifier | modifier le code]

  • Exemple de l'annélide polychètes du genre Ophryotrocha qui est sensible à ces variations. Le facteur abiotique ( la taille) correspond au nombre de segment : si n>10 : spermatozoïdes, si n > 16 : ovocytes. Chez la femelle il y a production du prostomium par une neuro-hormone qui contient à la fois la source et le récepteur de la phéromone masculinisante, les facteurs sociaux correspondent à la quantité de femelles. S'il n'y a que des femelles certaines vont expulser leurs ovocytes et vont produire des spermatozoïdes.

Il existe alors une substance masculinisante qui inhibe des substances féminisantes. Certains individus effectuent la parthénogenèse : production spontanée d'individus sans intervention de gamètes femelles cependant il s'agit de reproduction sexuelle car il y a nécessité d'intervention du mâle pour déclencher l'auto-fécondation des ovules. Ce mode de reproduction produit des clones avec le patrimoine génétique identique à la mère (même si au cours du temps cet ADN va se modifier car il va y avoir des mutations) des espèces comme le Solenobia se reproduisent en fonction des répartitions géographiques de leur espèce. Dans certaines zones des individus vont pratiquer la reproduction sexuelle (environnement défavorable) et d'autres vont faire la reproduction asexuée (conditions favorables). Lors de la parthénogenèse il y a production d'individus en différentes quantités : la parthénogenèse arrhénotoque donne 100% de mâles, la parthénogenèse thélytoque donne 100% de femelles mais quand les conditions environnementales sont défavorables (stressantes), la parthénogenèse deutérotoque donne mâles et femelles. L'activité sexuelle chez certaines espèces dépend aussi de l'environnement.

Vue d'ensemble pour les vertébrés[1][modifier | modifier le code]

Arbre phylogénétique simplifié            et systèmes détermination sexuelle
--o vertébrés
  |--o Poissons                           XX/XY, XX/XY multiple, WZ/ZZ, WZ/ZZ multiple, TSD
  `--o  Tetrapoda                                                                                
     |--o Amphibia                        XX/XY, XX/XY multiple, WZ/ZZ, WZ/ZZ multiple
     `--o Amniota 
        |--o Sauropsida
        |  |--o Diapsida
        |  |  |--o Lepidosauria
        |  |  |  |--o Tuatara             TSD
        |  |  |  `--o Squamata
        |  |  |     |--o serpent          WZ/ZZ
        |  |  |     `--o autres reptiles  XX/XY, XX/XY multiple, WZ/ZZ, WZ/ZZ multiple, TSD
        |  |  `--o Archosauria
        |  |     |--o Crocodilia          TSD
        |  |     `--o Aves                WZ/ZZ, sauf pour certains Megapodiidae TSD
        |  `--o Testudines                XX/XY, XX/XY multiple, WZ/ZZ, WZ/ZZ multiple, TSD
        `--o Mammifère
           |--o Monotrème                 XX/XY multiple
           `--o Theria
              |--o Marsupialia            XX/XY
              `--o Eutheria               XX/XY

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (en) ''Nature news article about duck-billed platypus sex determination
  • (en) (2004) Evolution of Sex Chromosomes: The Case of the White Campion. PLoS Biol 3(1): e28.
  • (fr) « CHROMOSOMES SEXUELS ET PHENOTYPES », sur inpr.fr, Institut national de recherche pédagogique
  • (fr) BIOLOGIE ET PHYSIOLOGIE ANIMALES 2eme édition. auteur: Andrée Beaumont, Pierre Cassier, Jean-Paul Truchot, Michel Dauça.
  • THIBAULT Charles et LEVASSEUR Marie-Claire. La reproduction chez les mammifères et l'homme. Paris, Éditions INRA, 1ème édition, 2001. 928p ;
  • BEAUMONT André, CASSIER Pierre, TRUCHOT Jean-Paul et DAUCA Michel. Biologie et physiologie animales. Paris, Éditions Dunod , 2e édition, 2004. 493p ;
  • H. JOHNSON Martin et J. EVERITT Barry. Reproduction . Paris, Éditions De Boeck Université, 5e édition, 298p ;
  • DREYFUS Gilbert. Les intersexualités. Paris, Éditions des Presses Universitaires de France , 1ème édition, 1972. 126p ;
  • WOLPERT Lewis. Biologie du développement, les grands principes. Paris, Éditions Dunod , 2e édition, 1999. 479p ;
  • Sites internet : Document pdf . « La différenciation sexuelle» Université de Montréal, document disponible sur : http://bga.asso.free.fr/cours10-11/L3/Phisio/dif.pdf> (accédé le 17.10.2013) ;
  • Biologie de la reproduction sexuée, 2002 Elena SALGUEIRO et Anne REYS
  • Cours de physiologie animale L2 2013 par Eve TOULZA

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Adaptation de Gary Ritchison, « Avian Reproduction: Anatomy & the Bird Egg », Department of Biological Sciences Eastern Kentucky University