En vue de l’élaboration d’un caryotype, les chromosomes sont observés en microscopie optique, après coloration, sur des noyaux en division mitotique, au moment où ces chromosomes sont le plus visibles (métaphase). À ce stade, chaque chromosome est constitué de deux molécules d’ADN (chromatides), dont les chaînes spiralées se sont condensées, formant une structure plus massive. Les chromosomes courts et épais peuvent être photographiés et/ou dessinés. Ils sont ensuite classés par couples de chromosomes homologues d’après leurs caractères morphologiques. Toutefois, certaines techniques visent à observer des chromosomes dans la phase préparatoire à la métaphase, afin de voir plus de détails, la spiralisation des chaînes n’étant pas totale.

Pour chaque chromosome, on évalue sa forme et sa taille, on note les positions de la constriction primaire (centromère) et d’éventuelles constrictions secondaires. Si le centromère est médian (bras de même taille), les chromosomes sont dits métacentriques. Lorsque les bras sont de tailles différentes, on distinguera dans l’ordre d’inégalité croissante, des chromosomes :

• submétacentriques ;
• subtélocentriques ;
• télocentriques ;
• acrocentriques : Pour ces derniers, le bras court est presque inexistant.

Les paires chromosomiques sont disposées et numérotées de la plus grande à la plus petite.

Le caryotype humain normal comporte 22 paires d’autosomes et une paire d’hétérosomes dits chromosomes sexuels, car ils déterminent le sexe de l’individu. Ils diffèrent morphologiquement : chez la femme la paire est XX et XY chez l’homme. Les hétérosomes existent chez d’autres espèces.

Il est important d’évaluer les variations caryotypiques entre espèces différentes, entre variétés adaptées à certains milieux, sans oublier celles conduisant à des handicaps. Chez l’homme, la trisomie 21 (ou syndrome de Down), autrefois appelée «mongolisme», est caractérisée par trois chromosomes en position 21 au lieu d’une paire. Cette anomalie, qui touche actuellement, en France, 1 enfant sur 1 000 à la naissance, est responsable de graves retards mentaux.

Les variations du caryotype peuvent aussi concerner des mutations chromosomiques : nombre de chromosomes ou fragments issus de cassures et recollés ou non, sur d’autres chromosomes. L’examen précoce du caryotype permet la détection d’anomalies héréditaires chez l’homme.

Il faut noter que la variation caryotypique est beaucoup plus importante dans le règne végétal que dans le règne animal, en particulier à propos du nombre chromosomique (fréquence et niveau de polyploïdie) et qu’elle est toujours plus handicapante chez l’homme que chez le végétal.

Les techniques de réalisation des caryotypes ont beaucoup évolué.

La technique la plus classique permet d’obtenir une succession de bandes sombres et claires sur les chromosomes, succession caractéristique de chacune des paires. D’autres méthodes font appel à des colorants fluorescents.

Chez l’homme, une technique standard donne 300 à 550 bandes par lot haploïde (c’est-à-dire pour 23 chromosomes). Il existe des techniques de haute résolution permettant d’obtenir jusqu’à 1 000 bandes et de mettre en évidence de très fines anomalies chromosomiques.

Des techniques, très performantes mais lourdes, sont en progrès constants, et les caryotypes obtenus deviennent de plus en plus précis. C’est le cas avec la technique des puces à ADN.

En médecine, elles permettent d’établir des liens entre des anomalies du caryotype et certaines pathologies (déficience intellectuelle, malformations congénitales, troubles du comportement, comme l’autisme ou le retard de langage).