I - Oursins

BIOLOGIE DE LA REPRODUCTION ET DU
DEVELOPPEMENT
LES INVERTEBRES : OURSINS
ème
Christian Ghiglion, [email protected], 3 étage du centre de biochimie, 04 92 07 64 62. Oursin : 4 heures de
cours et 1 TP, drosophile 4 heures de cours. Bibliographie : « Principes du développement », Lewis Wolpert ;
« Biologie du développement », Scott Gilbert. http://www.unice.fr/PATMP/
INTRODUCTION
Tous les oursins ont ceci de remarquable qu’ils présentent tous des piquants aux diverses caractéristiques
malgré une structure similaire de forme globulaire, à quelques exceptions près, dont les « dollars de sable ».
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 1
PHYLOGENIE
Les oursins appartiennent au phylum des échinodermes, il en existe 7000 espèces, toutes
marines, réparties en 7 classes.
•
•
•
•
•
Classe des Echinides (oursins, 900 espèces)
Classe des Astérides (étoiles des mers)
Classe des Holothurides (concombres de mer)
Classe des Ophiurides (ophiures)
Classe des Crinoïdes (lilas des mers)
Echinoderme signifie littéralement « peau hérissée ».
Du point de vue évolutif, contrairement à leur aspect à l’état adulte, les échinodermes
appartiennent aux deutérostomes, tout comme les vertébrés. Ils sont donc plus proches
que les autres systèmes modèles (Arthropodes et Nématodes utilisés en biologie du
développement) pour l’étude de l’Homme.
On rappelle qu’une des principales caractéristiques évolutive des Deutérostomes consiste
en la formation de l’anus à partir du blastopore. La région anale se développe donc
logiquement avant la région buccale.
Les oursins ont une segmentation holoblastique, totale. La segmentation est radiaire, c'est-à-dire qu’elle aura
lieu à partir d’un rayon, ainsi, on aura des plans de clivages soit parallèles, soit perpendiculaires à l’axe
primordial. Les Deutérostomes ont une capacité de régulation des blastomères.
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ANATOMIE
Les oursins sont des animaux benthiques, toujours disposés
de la même façon : la face orale tournée vers le sol. Les
piquants des oursins sont mobiles, mais ils ne permettent
pas le déplacement, contrairement aux pieds ambulacraires,
sur lesquels sont fixés des podia. Le test calcaire de l’oursin
donne la forme globulaire de l’oursin adulte. Celui-ci est
formé de cinq plaques riches en calcium soudées les unes
aux autres. Tous les échinodermes présentent à l’état adulte
une symétrie radiaire d’ordre 5, dite pentaradiaire.
Sur la face orale se trouve la bouche, et
sur la face aborale la région anogénitale. En regardant en détail cette
première, on observe facilement
l’orifice buccal clairement délimité par
le test, les piquants et les podia. Les
différentes teintes du test permettent
de repérer aisément la symétrie
pentaradiaire, ainsi que cinq régions
ambulacraires où seront présents des
orifices
permettant
aux
pieds
ambulacraires de passer. Le reste du
test constitue les régions interambulacraires, où se trouveront les piquants mobiles. Au niveau de la face
aborale, on repère également de façon claire la région ano-génitale, et, plus en détail, des orifices permettant
la sortie des gamètes.
L’oursin se nourrit d’algues, il dispose donc d’un
appareil masticateur nommé « lanterne d’Aristote »,
consistant en une zone munie de cinq dents ainsi que
des muscles rétracteurs permettant de les mettre en
mouvement. Sur la dissection ci-contre, on reconnaît
les dents calcaires alternées avec les compas, pièces
squelettiques articulées faisant office de pince. On
remarquera la rigoureuse conservation de la
symétrie pentaradiée.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 3
L’OURSIN POUR L’ETUDEE DU DEVELOPPEMENT ANIMAL
A
AVANTAGES
Afin de comprendre les mécanismes du développement, les chercheurs
utilisent des espèces bien décrites du monde scientifique, souvent
s
des
modèles dits « inférieurs », permettant une plus grande facilité de
compréhension. Il n’existe pour cela aucun individu modèle parfait,
mais certains présentent des avantages, tel l’oursin :
•
•
•
•
•
•
•
•
Les oursins sont capables de produire des gamètes en très
t
7
grandes quantités. Les femelles
femel
peuvent produire jusqu’à 10
12
œufs, et les mâles 10 spermatozoïdes.
spermatozoïde La fécondation se fait
en pleine eau, et le grand nombre de gamètes permet de pallier aux faibles probabilités de rencontre.
La fécondation et le développement
loppement sont externes.
externes. Les différentes étapes sont donc très facilement
observables au microscope, et peuvent être effectuées facilement in vitro.
Le développement de l’embryon d’oursin est très rapide, on obtient au bout de deux jours une
un larve,
et est aussi synchrone, signifiant que toutes les larves croitront de manière identique au fil du temps.
L’œuf et l’embryon d’oursin sont transparents, ainsi, on peut facilement observer les types cellulaires
à l’intérieur du blastocœle.
La structure de l’embryon
on au stade larvaire est simple, avec un faible nombre de cellules.
Les œufs d’oursin ont une taille permettant une manipulation facile par micro injections (ADN, ARNm,
morpholinos) grâce à des micropipettes.
Les embryons sont manipulables
ulables facilement, on peut ainsi effectuer aisément des transplantations.
transplantations
Le génome de l’oursin a été entièrement séquencé, facilitant les recherches, car on connait désormais
les expressions géniques codant pour les protéines.
INCONVENIENTS
Hélas ! Comme dit précédemment, il n’existe aucun modèle parfait. Voici donc les inconvénients du modèle
« oursin » :
•
•
La production de gamètes est saisonnière, par exemple de janvier à juin pour l’oursin de
méditerranée.
L’analyse génétique « classique » est impraticable, car le temps de génération
nération est trop long : il faut
plusieurs années afin d’obtenir
obtenir un individu apte à la reproduction. Par analyse génétique « classique »,
on entend l’isolement
solement des gènes particuliers ; on
n réalise pour cela des cribles génétiques, qui
consistent en des mutations sur des gènes uniques, et on observe les éventuelles modifications.
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CYCLE DE REPRODUCTION DE L’OURSIN
La larve échinopluteus, issue de la fécondation, est
capable de nager librement et de se nourrir.
Quatre à cinq semaines plus tard, on a obtention
d’un juvénile par métamorphose, qui va donner un
nouvel oursin mâle ou femelle adulte, benthique.
FECONDATION
La reproduction est sexuée, avec des individus
mâle et femelle. L’observation d’individus entiers
ne renseigne pas le genre : il n’y a pas de
caractères sexuels secondaires. En revanche, si un
oursin possède de nombreux gamètes matures
prêts à être expulsés, il y aura en son sein, soit une
substance orangée, soit une substance blanche
près du pôle aboral. Ces substances seront
respectivement des ovules et des spermatozoïdes.
On remarque que les œufs sont beaucoup plus
gros et denses que les spermatozoïdes, les oursins
étant anisogames.
LES GAMETES
Pour les observer, on dissèque les oursins au
niveau de l’équateur. Les gonades se retrouvent
également en symétrie pentaradiaire. Ces gamètes
seront expulsés grâce à des petits canaux
débouchant sur cinq orifices génitaux.
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LES SPERMATOZOIDES
Les oursins pratiquant l’oogamie : seul le spermatozoïde
est mobile. Passons en revue quelques unes de ses
caractéristiques : La plus grande partie de sa tête est
composé de chromatine condensée. Elle contient
également une vésicule, l’acrosome, qui renferme des
protéines : principalement des hydrolases et de la
bindine. Entre l’acrosome et le noyau, on trouve de
l’actine globulaire, qui sera modifiée et pourra
polymériser au moment de la fécondation.
Le
spermatozoïde est entouré d’une seule membrane. La
pièce intermédiaire, base de la « tête » du
spermatozoïde, contient les mitochondries ainsi qu’un
centrosome proximal et distal. Le flagelle est composé
de neuf axonèmes, eux-mêmes formés de doublets de
microtubules ainsi que des protéines de dynéine interne
et externe, permettant aux microtubules de glisser les
uns sur les autres. Se trouvent également deux
microtubules centraux.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 6
ŒUF
L’œuf comporte trois membranes : la membrane la plus interne est la membrane plasmique, sur laquelle est
collée l’enveloppe vitelline. Celles-ci forment des microvillosités. Une troisième membrane, la gangue
gélatineuse, est invisible au microscope à moins d’utiliser un colorant. Celle-ci reste fine tant que l’œuf se
trouve dans l’ovaire, et servira par la suite de flotteur à l’œuf. Sous la membrane plasmique, on trouve une
grande quantité de vésicules, les granules corticaux. Ceux-ci auront un rôle important à jouer lors de la
fécondation. Mais avant d’être fécondé, l’œuf est polarisé, et on distingue un pôle animal et un pôle végétatif.
Ceux-ci sont respectivement définis par la présence d’un canal par lequel seront expulsés les deux globules
polaires au cours de la maturation de l’ovocyte, et par le point d’ancrage de l’œuf à l’ovaire. Chez l’oursin
méditerranéen, on note la présence d’une bande pigmentée sous-équatoriale, toujours orientée de façon
perpendiculaire à l’axe végétatif.
La gangue gélatineuse possède une autre
fonction que celle de bête et badaud
flotteur : elle est capable d’attirer via un
mécanisme
de
chimiotactisme
les
spermatozoïdes d’oursins de même espèce.
Impliqué dans ce mécanisme, on a pu isoler
un peptide de 14 acides aminés, la resact,
synthétisé par la gangue gélatineuse. Pour
pouvoir prouver que la resact joue un rôle
dans ce chimiotactisme, on propose
l’expérience suivante : on dilue des
spermatozoïdes dans de l’eau de mer. Ceuxci ont tendance à tourner spontanément en
rond. Si l’on rajoute de la resact, les
spermatozoïdes seront attirés vers l’ovocyte.
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PROCESSUS DE FECONDATION
Lors de la fécondation, l’œuf d’oursin est recouvert par une
centaine de spermatozoïdes. Lorsque l’un d’entre va entrer en
contact avec la resact, il sera activé par le mécanisme de
réaction acrosomale : il y aura exocytose de la vésicule
acrosomale contenant des hydrolases, qui vont digérer la
gangue gélatineuse. De plus, l’actine G contenue dans le
spermatozoïde va polymériser en actine F, entraînant le
filament acrosomal. Une étape de reconnaissance a lieu grâce
à une autre molécule transmembranaire, la bindine, contenue
dans la paroi interne de l’acrosome. Une fois la réaction
acrosomale effectuée, les polymères d’actine présentent
littéralement les protéines de bindine aux récepteurs se
trouvant sur la membrane vitelline. La formation du complexe
bindine-récepteur permet la fusion des deux membranes, et la
pénétration du noyau dans l’œuf.
Lors de la fécondation, plusieurs centaines de spermatozoïdes
se trouvent autour de l’œuf. Cependant, la fécondation n’est
permise que pour un seul d’entre eux. Il n’y a pas présence de
videur à l’entrée de l’œuf, aussi, il existe un mécanisme de
protection consistant en une réponse électrique: en cas de
fécondation, un flux entrant ou sortant d’ions va bouleverser
le potentiel électrochimique. La dépolarisation du potentiel de
membrane induite empêchera la fixation des spermatozoïdes
surnuméraires sur l’œuf, évitant donc toute polyspermie. La
réponse à la fécondation est rapide, et le potentiel de
membrane retrouve un niveau normal au bout d’une dizaine
de minutes.
Il existe un second mécanisme assurant une protection définitive pour lutter contre la polyspermie : la réaction
corticale de l’œuf. En cas de fécondation, les granules corticaux vont fusionner avec la membrane plasmique,
exocytant des enzymes capables de rompre les liens entre membrane plasmique et vitelline. On créé de cette
façon l’espace périvitellin, qui, grâce aux sucres des granules corticaux et le principe d’osmose, se remplira
massivement d’eau de mer et créant un espace infranchissable à tout autre spermatozoïde.
Parallèlement, des enzymes vont modifier la membrane vitelline, rendant l’enveloppe de fécondation rigide.
Celle-ci va rester en place durant la phase de segmentation. Enfin, la couche hyaline, formée de protéines
hyalines, apparaîtra et recouvrira la surface de la membrane plasmique, permettre aux blastomères de rester
solidaires dans leur aventure.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 8
SEGMENTATION
Au stade 16, il y a ensuite formation d’une cavité
blastomères inférieurs vont subir une division latitudinale décalée vers le pôle végétatif, donnant 4
macromères et 4 micromères. Les blastomères sup
mésomères.
Au stade 32, les mésomères vont donner
vont subir une division latitudinale asymétrique pour donner naissance aux grands micromères et aux petits
micromères. Quand aux macromères, ils
Au stade 64, les macromères subissent une division équatoriale pour donner deux assises végétatives veg1 et
veg2. A partir du stade 128 cellules, on obtient un embryon appelle blastula, consistant en une b
Chaque cellule de l’épithélium obtiendra un cil qui lui permettra de se mouvoir. Par la suite, la moitié animale
de la blastula synthétise une enzyme d’éclosion qui permettra la dégradation de l’enveloppe
c’est le processus d’éclosion. A la suite de celle
Il est intéressant de connaître le devenir des blastomères, il s’agit
présomptifs.
LSV1 – Semestre 2
ETABLISSEMENT D’UNE CARTE DE TERRITOIRE PRESOMPTIF AVEC DES TRACEURS
FLUORESCENTS
REPERAGE DE L’ENZYME D’ECLOSION
Durant la segmentation, au stade morula, nous
sommes
en
présence
d’un
épithélium
monocouche possédant un blastocœle. Au stade
blastula, la taille du blastocœle augmente, et
chacune des cellules de l’épithélium va acquérir
un cil côté apical qui permettra à l’embryon de se
mouvoir. Cet embryon va commencer à tourner
sur lui-même à l’intérieur de l’enveloppe de
fécondation. Il va ensuite sécréter une enzyme
d’éclosion permettant la dégradation de
l’enveloppe de fécondation. Ainsi, l’embryon va
sortir de son enveloppe durant l’éclosion.
Il est intéressant de savoir que l’on peut colorer
les embryons par immunomarquage pour pouvoir
détecter cette enzyme. A la suite de cette
expérience, les cellules la contenant sont tâchées
de brun. On repère donc que ce sont uniquement
les blastodermes, dans l’ectoderme, qui contiennent cette enzyme et la synthétisent donc.
TERRITOIRES PRESOMPTIFS
Grâce aux marquages fluorescents,
on arrive à dresser une carte des
territoires présomptifs : An1, An2 et
une partie de Veg1 formeront
l’ectoderme, une partie de Veg1 et
une partie de Veg2, l’endoderme, et
l’autre partie de Veg2 et les
micromères donnent le mésoderme
En fin de segmentation, peu avant
l’éclosion, la blastula contient à peu
près 500 cellules agencées en un
épithélium monostratifié. Au niveau
du pôle animal, les cils des cellules
sont très longs, on parle de touffe
ciliaire apicale, qui joue un rôle de
gouvernail. A
l’extérieur de
l’épithélium, on retrouve la couche hyaline ainsi que la matrice extracellulaire. Il faut que les cellules
composant cet épithélium adhérent les unes aux autres de manière très coordonnée. Ainsi, il y a une jonction
cellulaire entre la face apicale et la couche hyaline côté apical, et entre la face basale et la matrice
extracellulaire tapissant la paroi du blastocœle. Cet ensemble permet d’obtenir un embryon parfaitement
sphérique.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 10
Après l’éclosion, l’embryon est appelé blastula
tardive. Il adoptera une forme particulière : les
cellules du pôle végétatif vont s’aplatir et s’épaissir,
formant la plaque végétative, composée des petits et
grands micromères ainsi que des cellules issues de
l’assise Veg2. Un embryon de cette forme est
significatif d’un début de gastrulation.
GASTRULATION
La gastrulation est une étape très importante
au cours du développement de l’embryon,
c’est au cours de celle-ci qu’auront lieu les
migrations cellulaires permettant de mettre
en place les trois tissus primordiaux. Les
différentes étapes de la gastrulation sont :
•
•
•
La blastula tardive, où les cellules de
la plaque végétative vont s’épaissir et
s’aplatir. Certaines vont migrer à
l’intérieur du blastocœle pour former
les PMC ou cellules du mésenchyme
primaire.
La gastrula précoce, où les autres cellules de la plaque végétative vont s’invaginer à l’intérieur du
blastocœle pour former l’archentéron, tube digestif primitif.
La gastrula tardive, où l’archentéron va s’allonger jusqu’à atteindre le pôle animal.
INGRESSION DU MESENCHYME PRIMAIRE
Au cours du stade blastula tardive, les
cellules épithéliales sont initialement
de forme cuboïdale, leur face animale
en
contact
avec
la
matrice
extracellulaire, leur face végétative au
contact de la couche hyaline. Après
réception de certains signaux, les
grands micromères, au niveau de la
plaque végétative, vont changer de
programme génétique, induisant un changement de forme : ils vont s’extirper de l’épithélium. Pour cela, leur
cil apical va disparaitre, et ils vont perdre leur affinité pour la couche hyaline en même temps que leur affinité
pour la matrice extracellulaire sera multipliée par 100. Ces cellules vont petit à petit délaminer en direction de
l’archentéron, pour former les PMC. On parle d’une transition épithélium-mésenchyme.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 11
Remarque : certains cancers sont d’origine épithéliale, certaines cellules
cancéreuses se décrochant pour former des métastases.
Quand les cellules auront pénétré dans le blastocœle, les cellules non-PMC vont adhérer les unes aux autres
pour refermer l’épithélium unicellulaire.
MIGRATION DU MESENCHYME PRIMAIRE
Au stade blastula avec mésenchyme, les PMC vont émettre des
extensions cytoplasmiques, les filopodes, qui vont permettre de vérifier
la composition des parois du blastocœle à des fins de reconnaissance de
la polarisation embryonnaire. Pour cela, la matrice extracellulaire
contient des protéines, dont certaines d’entre elles vont réagir avec les
filopodes. Les PMC vont ainsi chercher des protéines avec lesquelles
elles auront le plus d’affinité, qu’elles retrouveront dans la région
végétative de la blastula où elles migreront. Ces cellules du mésenchyme
primaire vont former le squelette larvaire, composé de deux spicules
calcaires.
Une fois la migration des PMC dans le blastocœle terminée, la plaque végétative sera composée des cellules
Veg2, et de petits micromères en son centre.
INFLEXION DU POLE VEGETATIF DANS LE BLASTOCOELE
D’autres mouvements cellulaires vont avoir lieu : la gastrulation va débuter
à cet instant. Elle débute par la constriction apicale des cellules épithéliales,
leur confèrent une forme dite « en bouteille ». Ce mécanisme est induit par
l’exocytose de chondroitine sulfate, un protéoglycane qui va induire une
dilatation de la couche hyaline interne où sont ancrées les cellules, et
l’inflexion de celle-ci sur la couche hyaline externe. Ce mouvement est
amplifié par les forces de poussée des cellules de la blastula sur le pôle
végétatif. La plaque végétative s’invagine donc, formant le blastopore et
l’archentéron, et ce sur une longueur correspondant au tiers de l’embryon.
On parle de gastrula précoce.
ELONGATION DE L’ARCHENTERON ET INDIVIDUALISATION DU MESENCHYME
SECONDAIRE
L’archentéron, de diamètre initial important, va ensuite
devoir s’allonger afin de rejoindre le pôle animal. La
première phase de cette élongation consiste en un
phénomène d’intercalation cellulaire: les cellules vont se
réarranger les unes par rapport aux autres. Après
intercalation, on va obtenir un archentéron beaucoup plus
long et plus petit de diamètre. Il n’y aura pas intervention de
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 12
division cellulaire. L’archentéron est alors à la moitié de la longueur du blastocœle.
Une seconde phase d’élongation
fera intervenir des cellules se
trouvant
au
sommet
de
l’archentéron, les cellules du
mésenchyme
secondaire
(Secondary Mesenchyme Cells ou
SMC), provenant des petits
micromères et d’une partie des cellules de l’assise cellulaire veg2. Celles-ci vont émettre des filopodes, parfois
très longs, en direction du toit du blastocœle. Une fois arrimées, elles vont pratiquer une force de traction par
raccourcissement de leur filopodes qui permettra l’allongement de l’endoderme vers le pôle animal. Par la
suite, elles se détacheront pour se disperser dans le blastocœle, où elles formeront des organes
mésodermiques. Ces cellules vont donc devenir des cellules mésenchymateuses, ainsi, elles seront capables de
subir une transition épithélium-mésenchyme et acquérir leur mobilité.
PHASE LARVAIRE
LARVE PRISME
En fin de gastrulation, le remodelage des tissus gastruléens n’est
pas terminé, et va conduire l’embryon au stade larvaire prisme.
Les SMC joueront en rôle prépondérant lors de cette transition :
en effet, leurs filopodes, en plus de participer activement à
l’élongation de l’archentéron, auraient, au cours de leur
exploration des parois du blastocœle, un rôle de reconnaissance
de la face ventrale de l’embryon. Une fois cette information
récoltée, les SMC amèneraient alors par le même mécanisme de
traction l’extrémité apicale du tissu mésodermique au contact de
l’épiderme ventral, aplati, à l’origine de la région orale de la
larve, formant plus tard, par contact, la bouche de l’embryon.
De leur côté, les PMC vont continuer leur migrations jusqu’à former un anneau
autour de l’archentéron, formé de deux chaînes cellulaires, orale et aborale, et
deux amas cellulaires de part et
d’autre de l’archentéron, les
amas cellulaires oraux. Ces
cellules vont par la suite
fusionner entre elles, formant
un syncytium, donc une cellule
polynucléée, dans lequel un
dépôt de carbonate de calcium
permettra la formation de deux spicules triradiés.
Petit à petit, la symétrie radiaire de l’embryon est remplacée
par une symétrie bilatérale.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 13
LARVE DIPLEURULA
Les spicules ont commencé à s’agrandir. A l’origine de la bouche, les cellules
épithéliales de la face ventrale formeront la dépression stomodéale ou
dipleuruléenne, permettant la fusion avec les cellules apicales de
l’archentéron. La limite entre l’ectoderme oral et aboral formera la
bandelette ciliée, permettant à la larve de nager et se nourrir (les
battements de vils vont attirer vers la bouche des microorganismes comme
les diatomées, dont se nourrir la larve). Celle-ci est alors planctonique.
L’archentéron formera petit à petit œsophage, estomac, intestin et anus.
Les deux spicules se rejoignent au niveau de la face dorsale de la larve.
LARVE PLUTEUS
Deux jours après la fécondation, nous sommes en présence d’une larve
pluteus. Cette larve va continuer à se développer par division cellulaire et
croissance. Il y a, par l’allongement des spicules maintenant sa forme, la
formation de quatre bras se développant de plus en plus, entourant la
bouche. On distinguera alors deux bras oraux et deux bras aboraux ou anaux.
Les cellules du mésenchyme secondaire (SMC) dérivent des petits
micromères et de l’assise veg2. Ces deux types cellulaires vont contribuer à la
formation de deux vésicules cœlomiques, de part et d’autre de l’archentéron.
Elles sont très importantes : c’est à partir d’une de ces deux poches qu’il y a
formation d’un petit oursin par métamorphose.
METAMORPHOSE
La transformation ayant lieu lors d’une métamorphose, le développement de
l’oursin est donc indirect. La plupart des cellules embryonnaires sont
détruites lors de cette métamorphose. Les poches cœlomiques formées dès
le stade larvaire dipleurula vont se métamériser en trois parties pour former :
•
•
•
Les axocoeles, au niveau antérieur :
o de la vésicule gauche bourgeonne en direction de l’épiderme un canal débouchant sur
l’extérieur, le canal madréporique. Aussi, une connexion s’effectue avec l’hydrocoele par un
canal qui deviendra le canal du sable.
Les hydrocoeles, au niveau intermédiaire :
o la vésicule gauche sera à l’origine du système ambulacraire de l’oursin adulte. L’épiderme en
contact avec elle s’invaginera et ébauchera une poche destinée à l’englober, c’est l’amnios.
C’est à partir de cet ensemble que la métamorphose de l’oursin aura lieu.
o quant à elle, la vésicule cœlomique du côté droit subit une forte réduction
les somatocoeles, au niveau postérieur, vont entourer la poche stomacale pour former le cœlome
gastrique.
A propos de la symétrie :
Jusqu’en fin de la gastrulation, les embryons possèdent une symétrie radiaire. A
partir du moment où la gastrula commencera sa transformation en larve prisme,
on obtiendra une symétrie bilatérale, les deux axes embryonnaires étant l’axe
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 14
oral-aboral et végétatif-animal. Certains organismes ont un troisième axe,
comme chez les humains, qui n’ont pas de symétrie interne. Ici, l’hydrocoele
gauche sera important pour le développement de l’oursin, contrairement à
l’hydrocoele droit. On peut donc parler d’un axe de symétrie gauche-droit, que
l’on peut distinguer avec certains marqueurs.
L’hydrocoele gauche va donc permettre la formation d’un
juvénile. L’ « amnios » formé correspond au vestibule. En son
sein, l’hydrocoele évolue en anneau et bourgeonne en cinq
diverticules, prémices de la pentamérisation formant le
rudiment. On peut parler de disque imaginal. En dehors de ce
vestibule, l'estomac, les cœlomes antérieur et postérieur gauches
ainsi que l'ectoderme dorsal du pluteus participent à cette
métamorphose. A partir de ce rudiment, au sein même de la
larve, il y aura formation du juvénile, oursin miniature garni de
quelques piquants et de cinq podia primaires.
A la suite de la métamorphose, nous retrouverons une symétrie
radiaire pentaradiée. Elle peut être mise en évidence avant la
formation du test calcaire via l’observation des 5 plaques
calcaires. La cavité amniotique s’ouvre, et les restes du pluteus non utilisé pour la métamorphose sont ingérés
par le juvénile. Au fur et à mesure que l’animal est alourdi par son squelette et ses piquants calcaires, l’oursin
descend vers les fonds marins. La formation du juvénile prend 5 à 6 semaines.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 15
L’AXE ANIMAL-VEGETATIF
Plusieurs critères permettent d’identifier l’axe animal végétatif, par exemple sur un œuf avant la fécondation :
•
•
•
•
Sur l’œuf, le canal permettant l’expulsion des globules polaires
La bande pigmentée se situant sous l’équateur, visible seulement chez Paracentropus lividus, due à un
colorant s’accumulant dans des granules corticaux.
Le premier plan de division est méridien. Il passe donc par les pôles de l’œuf.
Des le stade 16, on peut repérer pôle animal et pôle végétal. A partir des autres stades, il redevient
difficile de les identifier, les cellules se divisant de plus en plus. Avant la gastrulation, on sait qu’aura
lieu un aplatissement de la plaque végétative.
Les chercheurs ont essayé de comprendre des différents rôles
de l’œuf, pour cela, ils ont dans un premier temps pris un
œuf qu’ils ont pu orienter, pour ensuite en faire des coupes.
• une coupe méridienne permet l’obtention de larves
pluteus quasi-normales.
• Une coupe équatoriale permettra quant à elle
l’obtention d’une blastula permanente pour la moitié
animale, et une larve pluteus quasi-normale pour la moitié
végétative.
Cette expérience nous indique que les moitiés animales et
végétatives d’un œuf n’ont pas les mêmes propriétés. Ainsi,
la partie végétative semble la plus harmonieuse pour la
formation d’un embryon.
Les chercheurs ont réitéré l’expérience pour des embryons au
stade 4. Chaque blastomère séparé est à ce stade capable de
donner naissance à des larves pluteus normales.
Pour des embryons au stade 8, on a :
• séparés de façon méridienne, formation d’embryons
normaux
• séparés de façon équatoriale, un seul animal sera
viable
L’axe animal végétatif est donc formé avant la fécondation,
démontrant l’existence de la polarité animale/végétative. Au
niveau de la moitié végétative, il peut y avoir présence de
substances plus importantes qu’au pôle animal pour le
développement de l’embryon.
LSV1 – Semestre 2 – Biologie de la Reproduction et du Développement Animal - Les Oursins - 16
Pour confirmer ces résultats, les chercheurs ont pris
des embryons au stade 64, où les différentes assises
sont mises en place et actives. Quand on ne
conserve que la moitié animale, on obtient des
embryons animalisés composés uniquement
d’ectoderme. Si l’on rajoute à cette moitié animale
l’assise cellulaire veg1, on obtient au bout de 24h
un embryon dont l’animalisation sera plus faible, les
cellules veg1 participant à la formation de
l’endoderme. La moitié animale avec veg2 donnera
une larve pluteus quasiment normale. Quant à la
greffe de 4 micromères à une moitié animale, il y a
obtention d’une larve pluteus normale.
On conclut donc que les micromères ont le plus
d’activité lors de la formation de larves normales.
Les autres cellules ont également un rôle évident,
mais plus faible. En comparaison, les cellules veg1
ont un rôle minimal. Ainsi, on suggère qu’il existe
un gradient végétatif avec un maximum d’activité
au niveau des micromères : au plus on s’éloigne du
pôle végétatif, au moins le gradient est fort. Les
micromères se comportent alors comme un centre
organisateur, c'est-à-dire une zone de l’embryon importante dans la différenciation des autres cellules de
l’embryon.
POUVOIR INDUCTEURS DES MICROMERES
On prend un embryon sur lequel on ôtera les
micromères. A partir de ceux-ci, on effectuera une
expérience de greffe, et on les installera au pôle
animal d’un embryon au même stade. Pour
pouvoir distinguer les micromères greffés des
micromères endogènes, on colore une des deux
groupes avec un traceur fluorescent. Au moment
de la gastrulation, l’embryon receveur formera des
PMC, l’archentéron, il y aura élongation, et
formation des spicules.
A partir du pôle animal, un second archentéron se
formera, ainsi, l’embryon possédera deux
archentéron qui se rejoindront par la suite. Les
micromères ont donc la capacité d’induire la
formation d’un archentéron, non pas à partir des
micromères, mais des cellules de l’embryon
receveur, c'est-à-dire des mésomères qui
normalement forment de l’ectoderme. Les
micromères sont donc bien un centre
organisateur.
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Les chercheurs ont montré qu’il est
possible de modifier le devenir des
cellules au cours du développement
de l’embryon. On peut montrer avec
des marqueurs anticorps que les
enzymes d’éclosion ont une certaine
répartition.
Certains
produits
chimiques peuvent en déplacer la
frontière.
•
•
Quant on rajoute du lithium, la frontière sera déplacée vers le pôle animal. Ainsi, la zone d’expression
de l’enzyme d’éclosion sera réduite. Moins de cellules formeront de l’ectoderme. Il y a formation d’un
embryon végétalisé. La larve a exogastrulé, signifiant que la gastrulation s’est faite à l’extérieur de
l’ectoderme.
Si on traite des embryons avec du zinc, il y aura déplacement de la zone vers le pôle végétatif, les
embryons seront animalisés. Toutes les cellules appartiennent à l’ectoderme.
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