La Drosophile
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TP Biologie du Développement : La Drosophile La drosophile est un très bon modèle pour le séquençage des premiers gènes, les mutations spontanées. Drosophila melanogaster, a permis l’édification de la génétique classique par Morgan et l’étude de l’expression des gènes chez les vertébrés supérieurs et chez l’Homme. En 1980, on étudie l’expression des gènes au cours du développement embryonnaire. Il existe de nombreuses mutations spontanées qui affectent les caractères morphologiques et physiologiques. On peut aussi provoquer des mutations par des agents ionisants ou chimiques qui permettront de caractériser les gènes affectés. Ces gènes étant conservés au niveau de l’évolution, on peut aborder l’étude des gènes impliqués dans le développement embryonnaire chez les vertébrés supérieurs et chez l’homme. Le cycle de vie de la drosophile Le développement est très rapide : en 24h le développement embryonnaire conduit à une larve de 1er stade qui mue en 24h pour donner une larve de 2e stade. Celle-ci va muer en 24h et donner une larve de 3e stade. Pendant ces trois stades larvaires, les organes mis en place pendant le développement augmentent de taille. On a formation de disques invaginaux qui formeront les structures de l’adulte. Le 3e stade dure 48h. La larve conserve son tégument extérieur qui s’épaissit pour donner le pupasium. C’est le stade de pupaison qui dure 4 jours durant lesquels s’effectuent la métamorphose, déclenchée par une hormone stéroïde, l’ecdysone. Les tissus larvaires sont détruits par histolyse tandis que les organes de l’adulte se reconstituent à partir des disques invaginaux. 9 jours après sa fécondation on obtiendra une drosophile adulte. L’ovogenèse Les ovaires sont constitués de plusieurs tubes, les ovarioles qui contiennent des chambres d’œufs, les chambres ovariennes qui sont constituées de 16 cellules : 15 cellules nourricières et un ovocyte reliées par des ponts cytoplasmiques provenant d’une cytodiérèse incomplète. Dans l’ovocyte, on va avoir une accumulation de vitellus mais également des ARN responsables de la mise en place de l’axe artéropostérieur. Les cellules folliculaires produisent des composants responsables de la mise en place de l’axe dorso-ventral. Dans l’ovaire, les cellules folliculaires produisent la membrane vitelline mais aussi un chorion cuticulaire et imperméable. Le développement embryonnaire Il dure 24h, le œufs sont centrolécithes : le vitellus est au centre. ARN bicoïdal ARN nanos Micropyle Membrane plasmique Postérieur Membrane vitelline Antérieur Segmentation Après la fécondation interne, la segmentation, on commence par 8 divisions nucléaires synchrones qui se succèdent toutes les 10mn. Les 256 noyaux ou émergides vont migrer vers la périphérie pour former un blastoderme syncitial. Culicule Noyau Cytoplasme Cellularisation Æ transition blastulaire, expression des gènes zigotiques. Gastrulation Le long de la ligne médiane ventrale, une bande de cellules s’invagine pour former le sillon ventral puis le cordon ventral qui formera la bandelette germinative qui contient de l’exoderme et de l’ectoderme. Antérieur Sillon céphalique oblique Vitellus Bandelettes germinatives Postérieur Sillon ventral 2/3 Ectoderme Sillon céphalique oblique Ebauche antérieure de l’intestin moyen Mésoderme Ebauche postérieure de l’intestin moyen Cellule polaire Proctodeum : anus + intestin Stomodeum : bouche + œsophage On va avoir un mouvement postéro dorsal de la bandelette germinative : extension. Elle va s’enrouler et entraîner l’invagination proctodéale. Cet évènement a lieu 6h après la fécondation. Cellules polaires Invagination proctodéale Cellules polaires Entre la 4e heure et la 7e heure, de grosses cellules s’agrègent à partir de l’ectoderme pour donner les neuroblastes qui vont donner deux cordons nerveux entre l’épiderme et le mésoderme selon un patron répétitif qui rappelle les métamères de l’embryon. Les sillons des segments apparaissent à partir de la 7e heure sur la face ventrale au moment où le sillon céphalique disparaît. On distingue 14 segments : 3segments céphaliques, 3segments thoraciques et 8 segments abdominaux. Entre 9h et 10h, on assiste à un retour en arrière de la bandelette germinative. Cette rétractation place le proctodeum à sa position définitive, l’anus et les segments postérieurs dans l’alignement axial du corps. Amnioséreuse Formation du futur intestin Ganglion cérébroïde 14segments Intestin postérieur L’amnioséreuse couvre le vitellus et l’ectoderme pour se refermer dessus. C’est la fermeture dorsale. Amnioséreuse Ectoderme Le mésoderme se métamérise et se régionalise pour donner le mésoderme somatique à l’origine des muscles larvaires et le mésoderme viscéral à l’origine de la musculature du tube digestif. Les deux ébauches endodermiques antérieure et postérieure de l’intestin moyen se rejoignent vers la 12e heure. Les ébauches des corps cérébroïdes vont se développer de plus en plus antérieurement et, les premiers mouvements musculaires apparaissent à la 14e heure. Les disques invaginaux ectodermiques formeront les structures spécifiques ou appendices de l’imago. Le disque représente une sorte de sac aplati constitué d’une seule couche de cellules accrochée intérieurement à l’ectoderme de la larve. Sous l’influence de l’édysone, au moment de la métamorphose, il s’invagine et se retourne comme des doigts de gant pour prendre l’aspect appendiculaire définitif. - On distingue 19disques : 3paires pour la tête, 3paires thoraciques dorsales à l’origine du prothorax, mésothorax, métathorax avec les appendices correspondants : les ailes et les haltères (segment T2 – T3) 3 paires thoraciques ventrales qui seront les 3 paires de pattes un disque génital impair qui donnera l’appareil génital et ses annexes. Stade de Division Nucléaire Les noyaux issus du noyau du zygote se présentent au sein de la masse vitelline centrale sous forme de petites taches blanches entourées d’une plage cytoplasmique bleue. Ce sont des énergides. Stade de Segmentation Après 8 divisions, les noyaux commencent à migrer vers le cytoplasme cortical. Stade Blastoderme Syncitial Vitellus Noyaux Cellules polaires Les noyaux se trouvent à la périphérie de l’embryon. Au pôle extérieur, les cellules polaires sont individualisées Début de Cellularisation Noyaux Vitellus Cytoplasme En périphérie, après la dernière division, les noyaux s’allongent progressivement. Les membranes plasmiques se mettent en place entre les noyaux de la périphérie vers le centre de l’embryon. Stade Blastoderme Cellularisé Vitellus Les cellules sont individualisées, les membranes plasmiques séparent les cellules du vitellus. Début de la Gastrulation, Formation du Sillon Ventral Début de la Gastrulation Bandelette Germinative Vitellus Sillon céphalique oblique L’invagination ventrale met en place un cordon cellulaire, la bandelette germinative. Extension de la Bandelette Germinative S.C.O. Proctodeum Vitellus Entraînement des cellules polaires dans un mouvement postéro dorsal, début d’invagination de l’ectoderme avec une ébauche du proctodeum. Sur la face ventrale, invagination du futur stomodeum. Extension de la BG stade 8 Cellules polaires S.C.O. Vitellus L’invagination procodéale se poursuit, entraînant les cellules polaires en profondeur. En avant du sillon céphalique, on a une invagination stomodéale dans la région entéroventrale. Coupe 1 : Coupe méridienne d’un œuf en début de segmentation Noyau Pôle Animal Pôle Végétatif Calotte pigmentaire Gradient vitellin - Amorce du sillon de 1ère division de segmentation au niveau du pôle animal. Gradient vitellin Æ petites plaquettes au niveau du pôle animal puis grosses plaquettes vers le pôle végétatif en nombre important. Présence d’un aster à proximité de chacun des deux noyaux de segmentation. Le chorion est légèrement décollé au niveau du pôle animal. Coupe 2 : Morula en coupe méridienne Micromère Macromère Grosses plaquettes vitellines Petites plaquettes vitellines Pôle animal Pôle végétatif Noyau Cavité de segmentation Pigment - Petit nombre de blastomères Inégalité de la segmentation Gradient vitellin Chorion décollé Cavité de segmentation : blastocoele Coupe 3 Blastocoele Plaquettes vitellines Macromères - Les micromères sont chargés de plaquettes vitellines et de mélanine. Nombreuses divisions et fuseaux visibles Au niveau de l’hémisphère végétatif, les macromères renferment de grosses plaquettes vitellines. Les divisions sont rares. Le chorion est légèrement décollé. Coupe 4 : Coupe sagittale d’une jeune gastrula, blastopore en anse de panier Corde Lèvre dorsale Encoche blastoporale Endoderme Blastocoele Follicule vitellin macromère Archentéron - Invagination par enroulement d’une nappe cellulaire au niveau de la lèvre dorsale du blastopore. Mise en place progressive du mésoderme dorsal. Cavité de segmentation importante Ebauche de la cavité archentérique. Coupe 5 : Coupe sagittale d’une gastrula au stade Grand Bouchon Vitellin Ectoderme Lèvre dorsale Chordomésoderm Archentérion Pôle Végétatif Pôle Animal Bouchon vitellin Blastocoele Lèvre ventrale - Lèvres dorsale et ventrale du blastopore Chordomésoderme invaginé Blastocoele et archentérion endoderme constituant le bouchon vitellin Chorion décollé Coupe 6 : Coupe transversale d’une neurula dans la région moyenne Membrane de fécondation Chorion Plaque neurale Somite du mésoderme Archentérion Ectoderme Lame latérale Somite du mésoderme Endoderme Séparatoin de la chhorde Plaquettes vitellines Noyau Ectoderme Cellule endodermique - Rapprochement des bourrelets neuraux Lame latérale et individualisation des somites Chorde séparée du mésoderme somitique Masse vitelline endodermique Début de l’organogenèse.
