Objectifs des travaux pratiques/ Notions de base

Objectifs des travaux pratiques/ Notions de base

Les TP vont consister à analyser des coupes anatomo-histologiques et identifier des structures et des stades embryonnaires précoces de groupes d'animaux choisis (Oursin, Amphibien, oiseaux), selon une approche comparative.

Objectifs:

• Acquérir les éléments descriptifs de base concernant la gamétogenèse,

• Consolider les notions fondamentales de l'embryogenèse d'un certain nombre d'espèces, pouvant rendre compte des caractéristiques particulières illustrant la diversité relativement restreinte des modes précoces de développement observés dans le règne animal.

Notions de base :

Dans ces travaux pratiques, vous serez amenés à employer le vocabulaire fondamental permettant de décrire et d'orienter un animal.

Nom adjectif associé

Avant _--+ antérieur

Arrière --+ postérieur

Coté (gauche/ droite) --+ latéral (gauche/ droite)

Dos _--+ dorsal

Ventre --+ ventral

Extérieur --+ externe

Intérieur --+ interne

• On utilise le même vocabulaire pour décrire le type de vue d'un dessin d'observation : vue dorsale, vue ventrale, vue latérale gauche, vue antérieure,

• Autres termes très utiles :

- Base (adjectif ◊ basal): partie du corps d'un animal par laquelle il est fixé au substrat.

- Apex (adjectif◊ apical): sommet ou extrémité d'un organe ou d'un organisme.

- Axe longitudinal : axe le plus allongé d'un animal, correspondant souvent à l.'axe antéro-postérieur. Une section le long de cet axe est une coupe longitudinale. Une section perpendiculaire à l'axe longitudinal est une coupe transversale.

Les plans de coupes :

Les préparations observées au microscope sont des coupes fines (entre 7 et 10 µm d'épaisseur) réalisées au microtome dans des embryons ou divers organes. Ceux-ci ont une forme extérieure, un volume qui permettent des plans de coupe précisément identifiés. Certains ne présentent pas de symétrie, d'autres présentent une symétrie soit bilatérale soit radiaire par rapport à un axe de symétrie.

..

2

1. Systèmes à plan de symétrie bilatérale.

• Le plan de symétrie bilatérale est aussi appelé plan sagittal. Il divise l'organisme en deux parties identiques : gauche et droite

• Les coupes qui lui sont parallèles sont les coupes para-sagittales.

• Les coupes transversales sont perpendiculaires à la coupe sagittale, elles passent par les faces dorsale, gauche, ventrale, droite ; elles sont plus au moins antérieures ou postérieures.

• Les coupes frontales sont perpendiculaires à la coupe sagittale et transversales, elles passent par les faces antérieure, droite, postérieure, gauche ; elles sont plus ou moins dorsales ou ventrales.

Face antérieure

Plan frontal

Plan transversal

2. Systèmes sphériques à symétrie axiale.

L'axe des pôles est un axe de symétrie

• Les coupes méridiennes passent par l'axe des pôles.

Face postérieure

• Les coupes équatoriales et latitudinales sont perpendiculaires à l'axe des pôles

Pôle animal (PA)

Axe des pôl1es

Coupe latitudinale _____

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(Sus-équatoriale)

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Coupe méridienne _ _ _ _

Pôle végétatif (PV)

3. Systèmes sphériques à symétrie bilatérale.

L'axe des pôles n'est plus un axe de symétrie. mais il y'a un plan de symétrie.

• La coupe sagittale passe par l'axe des pôles, elle est dans le plan de symétrie bilatérale.

• La coupe équatoriale et les coupes parallèles sont des coupes transversales quand les pôles marquent les faces antérieures et postérieures de la sphère .

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Coupe équatoriale

4. Systèmes sans symétrie bilatérale.

Quand le système est oblong (forme allongée)

• Les coupes longitudinales sont réalisées dans la longueur,

• Les coupes transversales, perpendiculaires, sont réalisées dans la largeur.

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Coupe longitudinale

_.,._ _ _ Coupe transversale

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1- Etude de la spermatogenèse chez un mammifère.

A- Structure du testicule.

Chaque testicule est constitué par l'assemblage au sein d'une charpente}l:,:

conjonctive vascularisée et innervée, de structure~ glandulaires :

- de type exocrine (td5'e~~éminifères et une partie d~Lvoies excrétrices génitales intra-testiculaires). c,,L L. c..J"· ,,

- de type endocrine (cellules de Leydig du tissu interstitiel).

Les testicules sont entourés par plusieurs enveloppes. Ainsi on distingue de l'extérieur vers l'intérieur :

- Le scrotum : poche mince constituée de peau et de muscles lisses.

- La vaginale : constituée de deux feuillets, l'une externe pariétal, l'autre

interne viscéral. "

- L'albuginée : capsule épaisse et résistante, faite d'un tissu conjonctif vascularisé, L'albuginée s'épaissit sur son 'bo~d postéro~supér!eur formant le corps de Highmore qui contient le rete testis. c,-~ • . ~. ~-~ ^· " ' ·

A partir de cet épaississement, naissent les ct6isons conjonctives fibreuses = septa test~s qui di~is~t

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gl?n~~ ~n 200 _à ~Q,~lobules testiculaires. Chaque lobu~e est occupe par 1 a 4 tubes sem1rnferes qur debouchent ensemble dans un tube droit.

Les tubes droits débouchent dans le rete testis. Le rete testis se prolonge par les canaux efférents, l'épididyme et le canal déférent (figure 1 ) .

Rete · testis

Lobule testiculaire

Albuginée

. Coiffe épididymaire

Testicule

Canal déférent

Tube droit

Septa testis

Figure 1 : Schéma d'un testicule de Mammifère.

B- Spermatogenèse

C'est l'ensemble des processus qui à partir de cellules sdtfênês, les spermatogonies, permettent d'abolJ_tir à la formation de cellules sexuelles matures =

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Les spermatozoïdes. ·· , "' _/

Ce phénomène s'effectue au niveau des tubes séminifères. La spermatogenèse comporte 3 phases : (Figure 2)

•,'uliio!•c;;<ion 2n

Figure 2: Diagré!mme de la spermatogenèse et de l'ovogenèse chez les Mammifères

Les spermatogonies souches sont les seuls représentants de la lignée germinale jusqu'à la pûbè.rté. Dès lors, ils acquièrent la possibilité de se multiplier, c'est une

multiplication tardive. .

Le pouvoir de multiplication se con~tve pendant toute la vie génitale de l'individu. Cette multiplication renouvelle incessamment le matériel souche des lignées spermatogénétiques souches. ./."'··• ^1• ..>,:.) __ ,,:, ..

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2- Phase p•accroissemenf

Cette période est caractérisée par l'accum~ijti~n de matières de réserves. Le noyau et le cytoplasme augmentent légèrement de taille, les spermatogonies évo~yJnt donc en spermatocytes 1.

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3- Ptiase de(n.1otation: On distingue :

1. Méiose

11. Différenciation ou spermiogenèse

Elle est caractérisée par deux mitoses : une mitose réductionnelle et une mitose équationnelle

b. mitose réductionnelle

Au moment où le spermatocyte I est arrivé au tèrme de sa croissance, il entre en prophase de la 1ère division réductionnelie. Elle est assez longue et permet de voir

!es différents stades (leptotène, zygotène, pachytène et diplotène). La métaphase, anaphase et télophase s'effectuent rapidement.

c. mitose équationnelle

1 •

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Chaque spermatocyte Il (n) subit immédiatement une mitose équationnelle et donne 4 spermatides (n). Cette deuxième division est rapide, ce qui explique la rareté des spermatocytes Il sur les préparations.

3.2-Phase de différenciation

ou

spenniogenèsfo/

C'est la transformation des spermatides en spermatozoïdes. Chaque spermatide (n), cellule immobile se transforme aussitôt par cytodifférenciation en spermatozoïde, cellule flagellée et mobile.

C- Les constituants cellulaires. (Figure 3)

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~~~i;_ISYM--_ Spermatide

.t - Spermatocyte Il

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. _, _ . ~:-;_ Spermatozoïde

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Figure 3 : Schéma d'une coupe histologique montrant l'organisation d'un tube séminifère et du tissu interstitiel.

1- Les cellules .interstitielles ou cellules de Leydig :

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Sont polyédriques ou à'vo·i"des avec un noyau globûreux. Les cellules de Leydig

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sécrètent la testostérone.

2- Les tubes séminifères :

Les tubes séminifères sont des tubes pelotonnés bordés par un épithélium pluristratifié contenant deux types de cellules :

a. Les cellules de Sertoli : ce sont des cellules nournc1eres d'origine somatique. Elles sont situées à la base de l'épithélium germinatif, contre la paroi conjonctive du tube séminifère.

Les cellules de Sertoli enserrent toutes les cellules sexuelles et ont entre elles des relations par l'intermédiaire de ponts cytoplasmiques.

b. Les cellules de la lignée spermatique : subissent leur évolution de la gonie au spermatozoïde: c'est le cycle spermatogénétigue.

On rencontre de la paroi vers la lumière du tube séminifère :

♦ Les spermatogonies : se divisent pendant toute la vie sexuelle.

♦ Les spermatocytes : les spermatogonies s'accroissent pour former les spermatocytes 1, qui entrent en prophase de la première division de méiose puis après métaphase, anaphase et télophase forment les spermatocytes Il, haploïdes.

♦ Les spermatides : proviennent de la deuxième division de la méiose subie par les spermatocytes Il. Les spermatides jeunes sont arrondies, de petite taille.

♦ Les spermatozoïdes : au cours de la spermiogénèse, les spermatides âgées sont transformées en spermatozoïdes. Les spermatozoïdes sont rejetés dans la lumière du tube séminifère.

4- Etude de l'ovogenèse chez un Mammifère.

A- Structure de l'ovaire (Figure 4)

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L'ovaire assure deux fonctions :

- endocrine car il élabofe diverses hormones (œstrogène et progestérone) - exocrine car il produit des gamètes femelles ou ovocytes.

Follicule cavitaire Jeune

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Follicule de De Graaf ou

follicule mûr_

avec cumulus oophorus.

corona radiata.

ovocyte Il Follicule tertiaire ou

follicule cavitaire.

avec cavités et liquide f ol11culaire

Zone médullaire

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Corps -\-

Jaune ^{À'\ /jî .... ! ,.., 1-€--i. ~ 1( \,Ü} <\ \(((,: •/ Follicule

secondaire ou follicule plem. avec thèque externe et granulosa

Follicule primaire.

Follicule primordial. les

ovogonies s'y transforment en ovocytes 1 (2n) bloqués en prophase 1

albuginée

Corps

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Hile

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Figure 4 : Schéma montrant les principaux constituants de l'ovaire chez un mammifère

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L'ovaire est limité par un épithélium cubique simple : l'épithélium ovarien en continuité avec le mésovarium a¹.J niveau du hile ; cet épithélium repose sur un tissu conjonctif dense : l'albuginée.

L'ovaire en coupe montre 2 zones : la zone corticale périphérique et la zone·

médullaire au centre.

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a- la zone corticale :

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^{des foUi~t'î~ ·o~~-}r~~s à différents stades ; le stroma ovarien formé d'un tissu conjonctif particulier comportant de très nombreux fibroblastes, quelques fibres de collagène et de

réticuline baignant dans une substance fondamentale.

:.'_·Pl -

b- la zone médullaire :

Cette zone comporte un tissu conjonctif lâche en continuité avec le mésovarium au niveau du hile et avec le stroma ovarien, on trouve aussi de nombreux vaisseaux sanguins.

8- L'ovogenèse (Figure 2)

L'ovogenèse se déroule en 3 phases:

1- Phase de multiplication = période germinative

Les cellules germinales se multiplient activement et donnent les ovogonies. Cette période germinative se termine 4 à 8 jours avant l'éclosion chez les oiseaux, le 1 oème

jour du développement chez la lapine alors que chez le fœtus humain, elle s'arrête à 4 mois.

2-.. Phase d'accroissement .

La multiplication.__.$.!,cësse, chaque ovogonie s'actroît pour donner un ovocyte de 1er

ordre qui s'entoure de cellules folliculeuses et de cellules thécales d'origine médullaire et donne un follicule ovarien.

Au cours de cette phase, le cytoplasme se charge en matières de réserves et en substances diverses, synthétisées par la cellule ; leur ensemble constitue le vitellus, dont la formation est nommée vitellogenèse. Chez les Mammifères, la vitellogenèse est très réduite; par contre chez les Reptiles et les oiseaux, elle est très importante : les œufs de ces animaux sont des cellules géantes bien connues.

La croissance s'arrête au stade follicule secondaire ; beaucoup de follicules I et

llaires dégénèrent dès la vie fœtale. Sur 5000.000 ovogonies pour les 2 ovaires seulement 400 follicules ovariens arrivent à maturité, ainsi le nombre de gamètes femelles fécondables chez les Mammifères sera limité.

3- Phase de maturation

Essentiellement marquée par la méiose, l'ovocyte I étant bloqué en prophase (stade diplotène) de la 1ere division.Cette phase a lieu en 2 temps :

- Mitose réductionnelle de la méiose au moment de la ponte ovulaire, l'ovocyte 1 (2n) donne naissance à 2 cellules dissemblables. L'une reçoit la presque totalité du cytoplasme de l'ovocyte 1 : c'est l'ovocyte de deuxième ordre ou ovocyte Il (n), l'autre qui reçoit très peu de cytoplasme, c'est le 1er globule polaire (n) abortif.

- Mitose éguationnelle provoquée par la fécondation. Elle a lieu lors de la pénétration du spermatozoïde dans le cytoplasme de l'ovocyte Il. L'ovocyte 1 (n) donne un ovotide ou ovule et un second globule polaire (n) de très petite taille.

C- Folliculogenèse (Figures4 et 5)

Dans le stroma ovarien de la zone corticale, on observe des éléments circulaires de taille et d'aspects différents. Ces éléments sont les follicules ovariens. Chez les mammifères la phase de multiplication des ovogonies se restreint à la vie embryonnaire de telle sorte qu'à la naissance les ovaires ne contiennent

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qu'un nombre méiose.

limité d'ovocytes I bloqués au stade diplotène de la prophase I de

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Cytoplasme

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Noyau

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Celllules folliculeuses

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aplaties

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Follicule primordial ~ - J

Ovocyte 1

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Follicule primaire

Ovocyte 1

Follicule secondaire Follicule tertiaire ou cavitaire Thèque externe

Thèque interne

Antrum -..

Corona radiata Ovocyte 1

Folllicule de DE GRAAF

Figure 5 : Folliculogenèse chez un Mammifère

Cellules cubiques

Cellules follicule uses Membrane

de Slavjansky

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1. Follicules primordiaux

- sont de petites tailles, très nombreux et localisés à la périphérie de l'ovaire, - chaque follicule primordial est constitué d'un ovocyte 1 (2n), entouré par une

seule couche de cellules fol/iculeuses aplaties.

- Ils sont formés au cours de la vie embryonnaire et la plupart dégénèrent (atrésie folliculaire).

2. Follicules primaires

L'ovocyte I augmente de taille. Les cellules folliculeuses se multiplient et se disposent en une assise decellules cubiques.

Le stroma ovarien commence à s'orienter autour du follicule (thèque indifférenciée).

Ce stade se déroule durant la vie fœtale. Beaucoup de follicules primaires involuent avant la puberté.

3. Follicules secondaires

Autour de l'ovocyte, les cellules folliculeuses se multiplient par mitose et s'étagent sur plusieurs assises concentriques et forment la granulosa. Entre l'ovocyte et la granulosa se développe une coque, correspondant à des microvillosités issues de cellules folliculeuses, appelée zgne pellucide.

L'assise la plus interne des cellules de la granulosa présente souvent une disposition radiaire nommée corona radiata.

Les cellules du stroma ovarien se multiplient et s'organisent autour de la granulosa dont elles restent séparées par une épaisse membrane basale conjonctive

= membrane de Slavjansky, ces cellules se différencient en thèques.

La thèque interne : formée de fibres conjonctives très fines et de cellules fines, bien vascularisée, responsable de la sécrétion de l'hormone femelle = Œstrogène.

La thèque externe, constituée de fibres essentiellement conjonctives, et dépourvue d'activité hormonale.

4. Follicule tertiaire ou cavitaire = follicule de De Graaf

Les cellules folliculeuses se multiplient activement et forment une granulosa épaisse autour de l'ovocyte. Dans l'épaisseur de la granulosa vont apparaître des cavités remplies de liquide folliculaire (contient l'hormone folliculaire ou Œstrogène).

Ces cavités confluent pour former une cavité unique, centrale = antrum folliculi, tandis que l'ovocyte est rejeté en périphérie, entouré par la seule corona radiata reliée à la granulosa par un pédoncule= le cumulus Oophorus, un tel follicule est dit follicule de De Graaf.

..:

12

L'ŒUF ET LES STADES INITIAUX DE L'ONTOGENESE

Avant d'aborder l'étude d'exemples concrets, nous définirons les étapes et les principales modalités de l'embryogenèse.

A- L'œuf. Caractères généraux et différents types :

L'œuf fécondé est une cellule qui comporte tout l'équipement nucléaire et cytoplasmique propre à toutes les cellules. Il exprime ~n! outre, des propriétés

"j·:-. .. ,_ :>'..) \, __ _

particulières : ··

1- Caractères généraux de l'œuf :

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a- L'œuf est totipotent, en ce sens qu'il porte en lui toutes les capacités qui

y ; ; ) , s'épanouiront chez l'adulte.

b- L'œuf est doué d'une polarité qui se traduit par son orientation. On appelle

pôleanimal le pôle «supérieur» de l'œuf, correspondant au lieu d'émi~sion · 1YJ:·t

des globul~s ;.·POiaires. Le matériel génétique du zygote se. situe le plus

souvent à ptoximité de ce pôle animal, dans l'hémi§phère animal, où le "'/ ^_J_('._, cytoplasme est actif. A l'opposé se trouve le pôle végétatif; l'hémisphère

correspondant est l'hémisphère végétatif, où le cytoplasme est en général moins riche en constituants actifs, et plus chargé en réserves nutritives.

C;.J i.,;. ,,s §.Jçr:, J.~; l ~

c- Initialement l'œuf possède donc une symétrie axiale animale/végétative, à laquelle succède, chez les Métazoaires cœlomates, une symétrie bilatérale et dorso-ventrale.

d- L'œuf dispose des réserves de natures diverses (endogènes ou exogènes), plus ou moins abondantes, qui ont été accumulées pendant l'ovogenèse. Ces réserves sont, pour l'essentiel, utilisées dans la première phase du développement.

e- Le cytoplasme de l'œuf est hétérogène. La répartition de certains constituants, principalement ribosomes et réserves protéiques (plaquettes vitellines), s'établit suivant un système de gradients par rapport à l'axe des pôles. D'autres organites (mitochondries), ou constituants moléculaires (ARN messagers, enzymes), peuvent occuper des localisations particulières correspondant à l'existence d'une régionalisation précoce (mosaïsme, symétrisation) .

2- Différents types d'œufs (Tableau 1)

La nature et la structure du cytoplasme, l'importance et la répartition des réserves vitellines (le vitellus correspond aux réserves de nature protéique et d'origine exogène qui sont stockées dans l'œuf) commandent largement le déroulement de l'embryogenès,.e. qn e~t amené à distinguer:

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a) Les œufs oligolécithes, de petite taille et pauvres en vitellus comme l'œuf des Echinodermes (oursin) ;

b) Les œufs hétérolécithes, assez gros, relativement riches en vitellus, comme les œufs des Amphibiens. Ils sont dits hétérolécithes en raison de l'existence d'un gradient fortement marqué dans la répartition des réserves vitellines ; c) Les œufs télolécithes, gros, très riches en vitellus, celui-ci étant nettement

distinct du cytoplasme « actif » concentré autour du pôle animal (Oiseaux) ; d) Les œufs alécithes. Ce sont des œufs petits, très pauvres en réserves

vitellines. Ce type d'œuf est typique des Mammifères placentaires ;

e) Les œufs centrolécithes. Ce sont des œufs assez gros dont le vitellus occupe une position centrale, entouré par une couche périphérique de cytoplasme actif (insectes).

B- La segmentation

~

C'est le passage de l'état unicellulaire à l'état pluricellulaire, à la suite de plusieurs mitoses successives. Suivant les types d'œufs considérés, les modalités de la segmentation peuvent être différentes.

1- Segmentation holoblastique :

Lorsque les réserves vitellines sont relativement peu abondantes (œufs alécithes, oligolécithes et œufs hétérolécithes), la segmentation est totale, on dit qu'elle est holoblastique.

La segmentation peut être égale (ou subégale), si les cellules filles sont pratiquement égales entre elles ; ou inégale si l'on observe des différences de taille marquées entre les cellules filles.

2- Segmentation méroblastigue :

Lorsque les réserves vitellines sont importantes, la segmentation est partielle, on dit qu'elle est méroblastigue. C'est le cas des œufs télolécithes et centrolécithes. Chez l'oiseau (œuf télolécithe), la segmentation ne concerne que la zone de cytoplasme actif qui entoure le pôle animal ; elle est dite discoïde.

Tous ces types de segmentation aboutissent à la formation d'un embryon pluricellulaire, creusé d'une cavité. On donne le plus souvent à cet embryon le nom de blastula, les cellules qui le forment sont les blastomères et la cavité est appelée blastocœle.

14

type d'œuf caractères représentants

ŒUFS Spongiaires

HOLOBLASTIQUES Vitellus peu abondant Cœlentérés

Œufs et réparti Echinodermes

oligolécithes uniformément, noyau

légèrement excentré Procordés

Segmentation

totale Œufs alécithes Perte secondaire du Mammifères vitellus au cours de \ placentaires

l'évolution

Vitellus plus abondant Annélides réparti"(je façon Mollusques

Œufs hétérogène Gastéropodes

hétérolécithes (pôle végétatif)

Certains noyau excentré poissons

(pôle animal)

Amphibiens

ŒUFS Vitellus abondant

MEROBLASTIQUES entourant un noyau Insectes

Œufs central

centrolécithes Crustacés

Segmentation Cytoplasme rejeté à la

partielle périphérie

Œufs volumineux Mollusques Œufs télolécithes vitellus très abondant céphalopodes

Protoplasme refoulé à Sauropsidés la surface de l'œuf ( Reptiles,

oiseaux)

TABLEAU 1: Les différents types d'œufs.

C- La gastrulation :

L'activité mitotique, très intense pendant la segmentation, a mis en place dans l'embryon un feuillet unique de blastomères. Pendant la gastrulation, l'activité mitotiquese ralenti, et des groupes de blastomères entreprennent des migrations. Celles-ci aboutissent, chez certains Invertébrés (Cœlentérés), à la ségrégation de deux catégories cellulaires, formant deux feuillets distincts. On observe fondamentalement un feuillet externe, l'ectoblaste, et un feuillet interne, l'endoblaste (embryon didermique).

Chez la plupart des Métazoaires, un troisième feuillet s'individualise, en position intermédiaire entre les deux feuillets précédents : c'est le mésoblaste. L'embryon est dit tridermigue.

D- Evolution ultérieure de l'embryon :

Après la gastrulation, à la suite de la mise en place des feuillets, l'embryon, dont le volume et la forme n'ont pratiquement pas changé, est constitué dans son ensemble. Chez les Vertébrés une phase importante va suivre : la mise en place du système nerveux, la neurulation. Dès lors commence la période d'histo- différenciation et d'organogenèse, pendant laquelle le jeune organisme connaît une croissance marquée.

Sur la base de ces données élémentaires, nous sommes à présent en mesure d'aborder l'étude descriptive de cas concrets.

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16

DEVELOPPEMENT DE L'CEUF D'OURSIN

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^{1 . , 0} (I:jjyoJ~ .,

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L'œuf d'oursin est f)etit, entouré à laponte par une ga_ngu~. C'est un œuf de type oligolécithe dont les réserves vitellines~sont peu abondantes et réparties de façon ""â"peu · près uniforme, (l'hémisphère végétatif est légèrement plus chargé en vitellus).

Les deux globules polaires sont émis dans l'ovaire, avant la ponte. Après la fécondation, qui s'effectue dans l'eau de mer, le pigment jaune-orangé jusqu'alors (

réparti de façon uniforme à la surface de l'œuf, se concentre et forme un anneau

J ^X

sous-équatorial, en laissant une petite calotte, dépigmentée au niveau du pôle végétatif.

1- Segmentation (Figures 6, 7):

L'œuf d'oursin, étant de type oligolécitli'e, la segmentation sera par conséquent totale ; elle est é~le_ etJadiaire pour les trois premiers clivages, elle devient ensuftejn__gg_ale au 4ème cycle de clivage.

---·--

^{-·-. ' ...}

1.1er plan de segmentation: Il est méridien; il sépare l'œuf en 2 blastomères égaux.

2.2ème plan de segmentation: également méridien mais perpendiculaire au 1er_

Quatre blastomères égaux sont alors formés.

3. 3ème plan de segmentation : Il est équatorial séparant 4 blastomères animaux et 4 b~tomères végétatifs égaux entre eux.

4.Au cours du 4èmecycle de clivage :

- La segmentation des 4 blastomères animaux s'effectue suivant un plan mérJdien ; elle donne 8 blastomères égaux appelés mésomères.

- Les 4 blastomères végétatifs subissent une segmentation latitudinale très inégale, qui aboutit à la formation :

• d'une première assise de 4 grandes cellules, les macromèressitués au niveau de l'anneau pigmenté initial.

• d'une 2ème assise de 4 petites cellules ou micromères localisées au pôle végétatif de l'œuf.

5. 5ème cycle mitotique : Il conduit au stade 32, il s'effectue :

- suivant un plan de cJi'@...9.!l~P.!_udiné!_I pour l'hémisphère animal. Les 8 mésomères se répartissent en 2 assises superposées : 8 mésomèresanirmrn.xJ.(an.1) et..!_méso'Jl~J~_animaux ~Jan 2).

- Suivant un plan de clivage méridi!!m pour l'hémisphère végétatif ce qui donne 8 macromères pigmentés et 8 micromères au pôle végétatif.

6. 5ème plan de clivage : Il conduit au stade 64 bÎastoh1ères - Les mésomères donnent 16 an.1 et 16 an 2.

- Les macromères se séparent en 2 assises: 8 ma-cromères végétatifs1 (veg.1) et 8 macromères végétatifs 2 (veg.2).

- Les micromères se divisent et restent situés autour du pôle végétatif.

Ainsi dès le stade 64 blastomères, le germe d'oursin comprend 5 plans superposés de blastomères qui sont du pôle animal au pôle végétatif: 16 an.1, 16 an.2, 8 veg.1, 8 veg.2 et 16 micromères.

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Dès le stade 8 blastomères une cavité ou blastocœle a commencé à se former à l'intérieur du germe. Après le stade 64, les différences de tailles entre les diverses catégories cellulaires s'atténuent et à la fin de la segmentation la cœloblastule se couvre de cil~t n~g~ librement dans

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11- Gastrulation (Figures 6₁ 7):

Le germe s'aplatit dans la région du pôle végétatif, alors qu'une touffe de longs

· cils se développe au pôle animal. La gastrulation chez l'oursin fait intervenir à la fois des phénomènes d'immigration et d'invagination. Des micromères situés au pôle végétatif deviennent très actifs et émigrent dans le blastocœle. Ils seront à l'origine du mésenchymeprimaire destiné à former le squelette de la larve plutéus. La gastrulation se poursuit par invagination (ou embolie) des macromères essentiellement des veg.2 ; il en résulte la formation de l'archentéron (tube digestif primitif) qui s'ouvre à l'extérieur par le blastopore ou futur anus.Le fond de l'archentéron libère des éléments cellulaires dans le blastocœle. Ces éléments vont édifier le mésenchyme secondaire qui sera à l'origine des éléments sanguins.

Dans la même région, 2 vésicules se forment et se placent de part et d'autre de l'archentéron. Ces cavités sont à l'origine du cœlome de la larve.

A ce stade, la gastrula est donc constituée par 3 feuillets :

111-

Un feuillet externe, l'ectoderm~ issu des cellules an.1, an.2 et veg.1 Un feuillet interne ou en~lo_îlerm~. issu des cellules veg.2.

Une ébauche de feuillet moyen ou mésoderme, correspondant d'une part au mésenchyme primaire issu des micromères, d'autre part au mésenchyme secondaire et des vésicules cœlomiques issues des cellules veg.2.

Formation de la larve plutéus (Figures 6, 7):

A la fin de la gastrulation, ~ymé_!r_i.~-~~!~t,érélle s'établit dans le germe.

Dans la région ventrale aplafre,-7 spicules s'individualisent constituant l'ébauche du squelette larvaire.

Le blastopore passe en position ventrale où il formera l'ànus de la larve.

L'apex de l'archentéron s'incline dans le sens antéro-ventral du germe et s'ouvre vers l'extérieur, par un orifice qui sera la bouche de la larve. En même temps, le tube digestif légèrement courbé se subdivise en 3 zones successives par 2 étranglements: l'œsophage, l'estomac et l'intestin.

Les bords latéraux du germe s'allongent et former.t 4 bras : 2 bras anaux et 2 bras oraux soutenus par un squelette de spicules calcaires.

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Figure 6 Développement de l'oursin

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32 cellules Blastula jeune Blastula âgée

Gastrula jeune Gastrula âgée Larve plutéus

Figure 7 : Micrographies du développement de l'œuf d'oursin

20

!DEVELOPPEMENT EMBRYONNAIRE DES AMPHIBIENS!

Les Amphibiens constituent un matériel particulièrement intéressant pour les embryologistes, en raison des facilités qu'ils offrent pour l'expérimentation :

- Les œufs sont de grande taille 2 à 3 mm, sont pondus en assez grand nombre et ont un développement lent permettant l'observation des différentes étapes.

- Le développement se fait dans l'eau (Vertébrés anamniotes) ne possèdent pas d'annexes embryonnaires comme chez les sauropsidés et les Mammifères.

1- Structure de l'œuf d'amphibiens 1- Œuf vierge (Figure 8)

C'est un ovocyte Il hétérolécithe d'environ 2 mm de diamètre enveloppé d'une gangue gélatineuse ,épaisse qui gonfle au contact de l'eau.

A la ponte l'œuf présente une polarité définie par rapport à l'axe pôle animale (PA) - Pôle végétatif (PV). Cette polarité est marquée par une hétérogénéité latitudinale :

- position du noyau : Le noyau est situé dans le PA de l'œuf.

- Répartition du pigment: Le PA se reconnaît grâce à la présence d'un pigment (mélanine) brun foncé. Le PV est d'aspect clair.

- Une petite zone dépigmentée: la tâche de maturation marque le PA. A son niveau se produit l'émission du premier globule polaire.

- Gradient vitellin : Le vitellus se répartit dans l'ensemble du cytoplasme. Cependant, les plaquettes vitellines sont plus nombreuses et plus grosses au PV de l'œuf (hétérolécithe).Le Grndient vitellin est donc croissant du PA vers le PV.

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1•• globule polaire

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Plaquettes vitellines

· - - Gradient cytovitellin

Membrane vitelline

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Figure 8. - Schéma d'un œuf vierge de grenouille mettant en évidence le pigment cortical présent surtout dans l'hémisphère animal, les gradients de concentration croissante des ribonucléoprotéines, en allant du PV vers PA, et

du vitellus, suivant un gradient inverse PA vers PV.

2- L'œuf après fécondation

La fécondation est externe. Dès leur ponte hors du cloaque de la femelle, les œufs sont arrqsé_~ _pél[J~~Q..~_rrne du mâle. La pénétration du spermatozoïde dans l'ovocyte· 11 · y déclenche une série de transformations structurales et physiologiques (durée : 2 heures) dont:

- L'expulsion du 2ème globule polaire et la transformation de l'ovocyte Il en ovotide ou ovule mûr.

- Rotation d'eguilibration :(Figure 9) -

La membrane de fécondation se forme, le cytoplasme ovulaire se rétracte, libère un espace (espace périvitéllin) entre cette nouvelle membrane et la membrane plasmique de l'ovule; cet espace contient un liquide : le liquide périvitellin au sein duquel l'œuf flotte librement. L'œuf s'équilibre selon la pesanteur.Le pôle végétatif, plus riche en vitellus, donc lourd, d'oriente vers le bas. (Figure 9)

- Acquisition du plan de symétrie bilatérale (Rotation de symétrisation)(Figure

fil

Le pigment superficiel bascule d'un angle de 30° ➔ formation du croissant gris.

IV-

1er globule polaire

tache de maturation

membrane de fécondation

PV

coque gangue

2eglobule polaire

PA

PV

Figure 9 : Rotation d'équilibration et rotation de symétrisation

Segmentation (Figure 10)

} croissant dépigmenté

Débute 2h30 après la fécondation€;~~:

_ ?-4: . ~ - ~ t~:ê);

L'œuf d'amphibien étant hétéroleëithe, la segmentation sera totale mais inégale:

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PA Blastocè!e-

5 PV 6 7

Figure 10. -Segmentation de l'œuf d'Amphibien représenté dépourvu de sa gangue. 1 à 4 : Stades 2 à 16 ; 5 : Morula ; 6-7 Blastula en vue externe et en coupe.

- Le premier sillon de segmentation est méridien et passe dans 50% des cas par le plan de symétrie bilatérale ➔ 2 blastomères identiques.

- Le deuxième sillon est également méridien, mais perpendiculaire au premier ➔

4 blastomères égaux.

- Le troisième est latitudinal et légèrement sous:-éguatori_al, en raison de l~§lEÇ.Y.IIUJ.lation .. -du vite!lus au pôle végétatif: Il détermine la formation de 8 blastomères végétatifs plus volumineux sont les macromères. Ceux de l'hémisphère animal, plus petits, sont les micromères.

- Au cours des divisions ultérieures, les clivages deviennent asynchrones, le pôle animal se segmentant plus vite que le pôle végétatif., La surcharge

ën

vitellus dans la partie végétative explique cette différence. Cette surcharge entraîne une certaine inertie des macromères végétatifs, qui se divisent par la suite plus lentement que les micromèresanimaux.

Pendant la segmentation qui dure environ 24 h à 18°C, il ne se produit pas d'augmentation du volume, le germe garde la même taille et la même forme. Le blastoc~Je _ ap_paraît dès le stade 8 blastomères. Il est excentré vers le pôle

· superieur. ---- -- --·--- - - - - · .. .. . -~·-• -- . ... ,

V- Gastrulation

Débute vers la 20ème heure après la fécondation et dure 24 heures (à 18°C).

Cette étape correspond à la mise en place des 3 feuillets fondamentaux des vertébrés (ectoblaste, mésoblaste, endoblaste).

La mise en place de ces feuillets résulte de mouvements cellulaires complexes.

• Embolie, c'est à dire invagination en profondeur d'éléments jusque-là superficiels.

• Convergence, invagination et involution (enroulement)des territoires présemptifs du mésoblaste

• Epibolie, c'est à dire recouvrement d'un territoire par un ensemble cellulaire.

A- Aspects morphologiques de la gastrulation (Figure 11)

La première manifestation extérieure de la gastrulation est l'apparition d'un petit sillon transversal, la lèvre dorsale du blastopore qui jouera un rôle capitale dans les mouvements morphogénétiques. Elle apparaît du côté dorsal de l'œuf sur le plan de symétrie bilatéral sous le bord inférieur du croissant gris.

La lèvre dorsale descend latéralement vers le pôle végétatif. Elle devient semi- circulaire (anse de panier), prend la forme d'un fer à cheval. Enfin les 2 extrémités libres du sillon se rejoignent formant la lèvre ventrale du blastopore, il délimite le bouchon vitellin formé par la masse de cellules claires de l'hémisphère végétatif non encore invaginées. Le bouchon vitellin continue à s'invaginer et finit par disparaître.

Le blastopore se réduira finalement à une fente = fente blastoporale.

lévre dorsale . bouchon vitellin

lèvre dorsale

lèvre ventrale - ·-

PA PA

Bouchon vitellin en régres~ion

Figure 11 : Principales phases de la gastrulation en vues externes

En conclusion :

► Les macromères se sont invaginés à l'intérieur de la gastrula au niveau du blastopore (phénomène d'embolie) ➔ formation de l'archentéron et régression du blastocœle.

► Les micromères recouvrent la totalité de la gastrula (phénomène d'épibolie).

24

A- Coupes sagittales (Figure 12)

La jeune gastrula coupée sagittallement montre un blastocœle qui apparaît partiellement oblitéré par la masse des cellules végétatives en cours d'invagination.

L'encoche blastoporale est creusée d'une invagination en doigt de gant : l'archentéron qui représente l'intestin primitif de l'embryon.

Chez la gastrula âgée, le blastopore se rétrécit, et il ne subsiste plus qu'un bouchon vitellin qui disparaît progressivement à l'intérieur du germe.

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invagination

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Endoblaste

b

B

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Mésoblaste présemptif

Involution

Mésoblaste

~--- Ectoblaste

Figure 12 : Les différentes phases de la gastrulation (Coupes sagittales).

a: Stade encoche blastoporale; b etc: Stades lèvre blastoporale; d: Stade bouchon vitellin.

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VI- Organogenèse

Caractérisé par des différenciations cellulaires qui permettent l'édification des organes.

A- Neurulation (Figures 13 et 14)

Ce stade est caractérisé par la formation du tube neural.

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Figure 13: Les étapes de la neurulation (Vues externes)

- Dans la région dorsale de la gastrula, l'ectoblaste s'épaissit et s'aplatit légèrement pour constituer la plaque neurale (50e h à 18°C).

26

- Les bords latéraux de cette plaque se soulèvent pour former les bourrelets médullaires qui délimitent ainsi une gouttière neurale (62e h) ; en même temps l'embryon commence à s'allonger antéro-postérieurement.

- Les bourrelets médullaires fusionnent dorsalement et forment le tube neural (3e jour à 18°C), ébauche du système nerveux.

• Le tube nerveux est flanqué latéralement par deux épaississements qui sont les crêtes neurales.

• L'épiblaste présente dans la région céphalique des épaississements latéraux : Les placodes sensorielles qui finiront par se détacher et migrer en profondeur. Ces placodes sont à l'origine des vésicules olfactives et optiques.

Ectoblaste Mésoblaste Endoblaste

Archentéron

Crêtes neurales

Bourrelets neuraux - -..

Plaque neurale --...., Corde

Plaque neurale

Tube neural

Coelome

Gouttière neurale Tube neural

Figure 6 : Neurulation chez la grenouille

B- Stade Bourgeon caudal (Figure 15)

Somite

. Somatopleure ] Lame

· Splanchopleure latéralE

Ce stade est caractérisé par l'allongement du germe, l'apparition du bourgeon de la queue du futur têtard et l'individualisation des différentes parties du corps (tête, tronc, queue).

Les 3 feuillets continuent à se différencier.

1) Ectoblaste

La partie antérieure dilatée du tube nerveux, correspond à l'encéphale. Des constrictions apparaissent à ce niveau donnant naissance à 3 vésicules céphaliques primaires qui sont de l'avant vers l'arrière :

- prosencéphale - mésencéphale - rhombencéphale

- Postérieurement, le tube nerveux donne naissance à la moelle épinière.

- Latéralement, les crêtes neurales, métamérisées se séparent du tube nerveux.

2) Mésoblaste

a- Le mésoderme latéral s'épaissit en deux alignements symétriques d'éléments réguliers : Les somites

Chaque somite est constitué de l'extérieur vers l'intérieur par :

• Le dermatome qui fournira le tissu conjonctif sous cutané.

• Le Myotome : masse musculaire qui forme la plus grande partie du somite et fournira la musculature du tronc et des membres.

• Le sclérotome fournira l'ébauche de la colonne vertébrale.

b- Sous chaque somite, la pièce intermédiaire est à l'origine de l'appareil uro-génital.

c- De chaque côté du tube digestif, les lames latérales se clivent en 2 feuillets :

- un feuillet externe = la somatopleure, s'applique contre la paroi du corps et donne naissance à la musculature des membres et du péricarde.

- un feuillet interne = la splanchnopleure, à l'origine des muscles lisses du myocarde, de l'endocarde et des éléments sanguins.

Entre ces 2 feuillets, une vaste cavité ou cœlome, est à l'origine de la cavité générale du corps.

3) Endoblaste

- L'endoblaste est à l'origine des différentes parties du tube digestif et de ses glandes annexes (foie et pancréas).

- Autour du pharynx plusieurs formations s'individualisent :

• En arrière, un bourgeon médio-ventral constitue l'ébauche de la trachée.

• En position latérale, des poches pharyngiennes donnent les fentes branchiales.

• En avant du pharynx, prend naissance, la thyroïde.

L'intestin présente dans sa région antérieure une évagination qui s'enfonce dans la masse du vitellus : le diverticule hépatique.

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B

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Encéphale

Pharynx

28

tube

Moelle épinière Corde

Tube digestif

somite

cœlome splanchnopleure

somalopleure Archentéfon endoderme

Figure 15 : Stade bourgeon caudal

A: Bourgeon caudal «30», B: Coupe sagittale, C: Coupe transversale

C- Devenir des feuillets embryonnaires (Tableau Il)

Epiderme Epiblaste

Placodes Antéhypophyse, nez, oreilles, cristallin ....

Cerveau Tube nerveux

Moelle épinière

Neuroblaste Ganglions crâniens, spinaux, sympathiques.

Crêtes neurales Médullosurrénale.

Cartilage.

Cellules pigmentaires.

Mésoderme Plaque précordale Mésenchyme céphalique axial

Corde Corde

Myotome Muscles

Somites

Sclérotome Squelette axial

Mésoderme Appareil urogénital (sans gonies) de la pièce

intermédiaire

Muscles mandibulaires, faciaux, branchiaux.

Somatopleure Squelette et muscles appendiculaires.

Lames Péricarde, épithélium cœlomique.

latérales

Muscles viscéraux, mésenchyme viscéral.

Splanchnopleure Myocarde et endocarde.

Hématoblaste.

Trachée et Poumons

~

Tubes digestif du pharynx au cloaque, glandes digestives, vessie

·-~

Tableau Il : Devenir des feuillets embryonnaires

30

DEVELOPPEMENT EMBRYONNAIRE DES OISEAUX

Les oiseaux forment avec les reptiles, le groupe des Sauropsidés : premiers vertébrés adaptés à la vie terrestre. Ils ovipositionnent des œufs de grande taille, dits télolécithes très riches en réserves. Tous les éléments nécessaires au développement complet de l'embryon se trouvent dans l'œuf, le développement des annexes embryonnaires fait désigner les vertébrés supérieurs d'amniotes par opposition aux vertébrés moins évolués (Poissons et Amphibiens = vertébrés anamniotes).

1- l'œuf fécondé de poulet

Après l'ovulation, l'œuf est fécondé à l'intérieur des voies génitales de la femelle, dans la partie supérieure de l'oviducte. C'est un œuf très riche en réserves vitellines (qui constituent le « jaune ») ; la partie embryonnaire proprement dite n'est constituée que par une zone superficielle discoïdale de 3 mm de diamètre, localisée au pôle supérieur du jaune (œuf télolécithe), la cicatricule ou disque germinatif.

(Figure 16)

~ - membrane coquillière interne

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chalaze

blanc liquid . e externe } lb a umen --+HE-- blanc épais

wt----ttiŒ---t Cicatricule ou disque germinatif

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jaune (ou vitellus)

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blanc liquide interne (ou albumen) chambre à air

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Figure 16 : l'œuf de poule et ses enveloppes

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Figure 17: Tractus génital de la poule

L'œuf fécondé descend dans l'oviducte de la mère (chez la poule seul l'oviducte gauche est fonctionnel, l'oviducte droit ne se développe pas.) (Figure 17) et s'entoure de plusieurs couches d'albumen (« blanc» de l'œuf), des membranes et de la coquille. Pendant cette descente, les parois de l'oviducte impriment à l'œuf un mouvement de rotation autour de son grand axe. Le sens de cette rotation est attesté par la torsion des chalazes (On appelle chalaze deux cordons résultant d'une condensation mucilagineuse, et qui maintiennent la masse du jaune en position centrale au sein de l'albumen), il est à l'origine de la détermination d'une polarité antéropostérieure de l'embryon qui, dans la majorité des cas, obéit à la règle de Von Baer: (Figure 18)

« Si l'on regarde l'œuf, posé devant soi, le petit bout dirigé vers la droite de l'observateur, l'axe céphalo-caudal de l'embryon est perpendiculaire au grand axe de l'œuf, la région céphalique étant dirigée vers l'avant, à l'opposé de l'observateur. »

ns de rotation de l'œuf

Gros bout Petit bout

Chalaze

Figure 18: Orientation de l'embryon (règle de VON BAER)

32

11- La segmentation (Figure 19)

La segmentation s'effectue pendant la descente de l'œuf dans l'oviducte de la mère, et n'intéresse que la région du disque germinatif; la masse du « jaune », riche en réserves vitellines, ne se divise pas (segmentation partielle et discoïde).

Le premier clivage se produit lorsque l'œuf atteint le niveau de l'isthme, 5 heures après la fécondation. Le premier plan de segmentation fait apparaître une fissure qui s'étend progressivement du centre du disque germinatif vers les deux extrémités d'un de ses diamètres.

Le deuxième clivage apparaît 20 minutes plus tard suivant un diamètre perpendiculaire au premier.

La troisième segmentation se traduit par l'apparition de deux sillons latéraux, parallèles au premier; d'autres clivages se produisent ensuite, la région centrale du disque germinatif se segmente activement.

Au début de la segmentation, les blastomères sont cloisonnés de façon incomplète : en profondeur ils ne sont pas séparés du vitellus par une membrane plasmique, et les blastomères marginaux qui ne présentent aucune limite périphérique forment un syncytium vitellin. Ce n'est qu'à partir du sixième cycle de segmentation que les cellules centrales du disque germinatif acquièrent leurs limites profondes et se trouvent isolées du vitellus sous-jacent par une cavité de segmentation, ou blastocœle primaire.

A la fin de la descente dans l'oviducte (celle-ci dure 24 heures), la segmentation est achevée. Le disque germinatif ou blastoderme ( on parle aussi de blastula primaire) est encore monodermique; il comporte:

- un groupe de cellules centrales bien délimitées, formant deux assises superposées. Ces cellules situées au-dessus du blastocœle primaire constituent l'aire pellucide ;

une zone périphérique constituée de cellules mal délimitées, au contact direct du vitellus, ce qui les fait paraître plus sombres. Cette région marginale est pour cette raison appelée aire opaque .

. aire opaque

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aire pellucide

Cavité . sous-germinale

Figure 19 : Segmentation partielle discoïdale de l'œuf de poule.

A-D : Disques germinatifs en vue polaire

F : Coupe sagittale montrant la formation des aires opaque et pellucide et de la cavité sous germinale entre les blastomères du disque germinatif et le vitellus

Ill- Prégastrulation (Figure 20)

Au stade de blastula primaire, le disque germinatif n'est pas encore prêt à gastruler. Une phase de prégastrulation va le faire passer d'une forme monodermique (un seul feuillet) à une forme didermique (deux feuillets), qui caractérise ce que l'on appelle la blastula secondaire.

La zone centrale du disque germinatif se sépare en deux feuillets à la suite d'un phénomène initial de délamination, suivi par un processus secondaire d'invagination.

- La plupart des cellules demeurent en surface, formant un premier feuillet, l'ectophylle superficielou épiblaste.

- Quelques cellules (cellules « en gouttes ») se détachent de l'ectophylle, et migrent individuellement dans te blastocœle primaire où elles se rassemblent pour former des amas (Îlots de polyinvagination) constituant l'hypoblaste primaire. Un peu plus tardivement, des nappes cellulaires situées sur le pourtour de l'aire pellucide s'invaginent dans la cavité sous germinale par un processus d'enroulement, plus accentué dans la région postérieure (caudale) du blastoderme. Ces cellules rejoignent les îlots de polyinvagination, l'ensemble ainsi constitué forme un deuxième feuillet, situé en position interne, l'hypoblaste secondaire ou entophylle.

Les deux feuillets, épiblaste et hypoblaste sont séparés par une cavité à laquelle on donne le nom de blastocœle secondaire. c·e~t cette cavité qui correspond véritablement au blastocœle de l'œuf des amphibiens.

blastoderme

antérieur-.-r-r-,-,--,..~~ ,. épiblaste · . ) .

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Figure 20 : Prégastrulation chez le poulet