J. Embryol. exp. Morph. Vol. 21, 3, pp. 485-507, June 1969 4g5 Printed in Great Britain Transfert de cellules germinales primordiales de Dindon a Fembryon de Poulet par injection intravasculaire Par GEORGES REYNAUD 1 Faculte des Sciences, Universite d'Aix-Marseille et Laboratoire Hubrecht, Utrecht Les recherches descriptives et experimentales concernant l'etude des rapports entre soma et germen, suscitees par les theories de Nussbaum (1880) et de Weismann (1885), ont montre que chez la plupart des Metazoaires — et notamment chez la quasi totalite des Vertebres — le soma et le germen constituent des lignees cellulaires deja distinctes au debut du developpement puisque la destruction des elements germinaux entraine la sterilite sexuelle definitive des individus. La segregation complete et irreversible des lignees somatique et germinale n'implique pas pour autant leur independance metabolique. Des travaux portant sur la differentiation des cellules germinales et la maturation des gametes ont en effet demontre qu'elles necessitent un apport de substances provenant des tissus somatiques de la gonade. Des lors, on pouvait se demander si certaines de ces substances n'etaient pas porteuses d'information. La resolution experimentale de ce probleme necessitait la colonisation d'un tissu somatique de gonade par des cellules germinales de speciflcite zoologique differente. Chez les Amphibiens, des experiences ont ete tentees par Blackler (1962). Elles ont consiste a remplacer, au stade neurula, 1'endoderme ventral d'un embryon de Xenopus laevis laevis, qui renferme a ce stade les gonocytes primordiaux, par 1'endoderme homologue provenant d'une neurula de Xenopus laevis victorianus de meme age. L'auteur a constate que les individus ainsi operes produisent des gametes de meme speciflcite que le greffon, c'est-a-dire apparemment non modifies par leur sejour prolonge dans une gonade etrangere. Les resultats de ces travaux ne plaident done pas en faveur d'une transmission de substances porteuses d'information des cellules somatiques aux cellules germinales mais, a ma connaissance, l'analyse genetique n'a pas encore ete poussee assez loin pour les considerer comme definitifs. Chez les Oiseaux, les cellules germinales sont regroupees au debut du developpement, dans une aire extra-embryonnaire decrite par Swift (1914) sous 1 Adresse de Vauteur: Laboratoire de Morphogenetique Animale, Faculte des Sciences, Place Victor Hugo, Marseille, France. 486 G. REYNAUD le nom de 'croissant germinal'. Elles quittent ensuite ce territoire et empruntent la circulation sanguine pour aller coloniser les ebauches gonadiques. Reagan (1916) et DantchakofT (1929) avaient envisage la possibility d'un transfert precoce des gonocytes primordiaux par transplantation du croissant germinal mais c'est seulement a une date recente que Simon (1960) est parvenu, en mettant en parabiose circulatoire un embryon de Canard intact et un embryon de Poulet prive de ses gonades presomptives, a faire coloniser les ebauches gonadiques du Canard par des cellules germinales des deux especes. Ces associations, faites in vitro et maintenues en culture organoptypique, ne peuvent fournir aucun renseignement sur la destinee des gonocytes de Poulet parvenus aux ebauches gonadiques du Canard car la survie des parabiontes n'excede pas le 4e jour d'incubation. La technique experimentale decrite ci-dessous a ete mise au point dans le but de suivre plus longuement, et si possible au-dela de l'eclosion, la destinee de gonocytes effectuant leur maturation dans une gonade etrangere. Les travaux de Simonsen (1955) ayant demontre une large tolerance immunologique reciproque entre Poulet et Dindon, et le Poulet s'elevant plus facilement que le Dindon, la premiere espece a ete choisie comme receveur, la deuxieme a fourni les gonocytes. Le processus experimental comporte trois series d'operations: (1) la sterilisation sexuelle precoce d'un embryon de Poulet par destruction des cellules germinales contenues dans le croissant germinal; (2) la recuperation des cellulues germinales d'un embryon de Dindon avant leur migration vers les ebauches gonadiques; (3) l'injection des cellules germinales ainsi recuperees dans le reseau vasculaire de l'embryon de Poulet que Ton a prive de ses propres gonocytes. STERILISATION SEXUELLE DES EMBRYONS DE POULET La plupart des travaux descriptifs et experimentaux effectues sur le germen des Oiseaux au cours des cinquante dernieres annees tendent a confirmer les observations de Swift (1914) selon lesquelles les cellules germinales primordiales subissent, aux premiers stades du developpement, une segregation a partir d'un materiel extra-embryonnaire. La realite du croissant germinal decrit par cet auteur chez le blastoderme parvenu au stade de la ligne primitive s'est progressivement imposee a la suite des observations histologiques de Hulpieu (1925), Woodger (1925), Goldsmith (1928) et DantchakofT, (1931a, b). Une nouvelle technique (Reynaud, 1967), combinant l'isolement des feuiJlets blastodermiques et l'application du procede de coloration P.A.S. au feuillet profond etale sur lamelle, a fourni une demonstration supplementaire du regroupement temporaire des gonocytes primordiaux dans un territoire precephalique en forme de croissant (voir plus bas). Cette localisation des gonocytes au stade de la ligne primitive permet la sterilisation precoce des embryons. Parmi les techniques experimentales utilisees, l'excision du croissant germinal (Reagan, 1916) et sa cauterisation (Dantchakoff, Transfert de cellules germinates 487 1931 a, b; Hukao, 1937) paraissent les plus efficaces mais ne sont pas compatibles avec la survie des embryons. D'autres techniques moins nocives, comme les irradiations aux rayons ultra-violets (Benoit, 1930), /? (Dantchakoff & Lacassagne, 1932) et y (Dulbecco, 1946), n'entrainent, dans bien des cas, qu'une sterilite sexuelle partielle. Le fait qu'un croissant germinal bien delimite est encore en place chez des embryons de Poulet pourvus de 5 a 10 paires de somites (Simon, 1960) a permis a Dubois (1962) de provoquer a coup sur et dans de brefs delais une sterilisation totale a ces stades, au moyen d'une irradiation fractionnee aux rayons X du croissant germinal. Malheureusement, cette technique compromet encore gravement la survie embryonnaire puisque seulement 6 sujets sur 100 sont encore en vie apres 3 jours d'incubation et meurent avant la fin du 5e jour. L'irradiation du croissant germinal aux rayons ultra-violets a ete tentee par Benoit en 1930. Elle s'est averee tres maniable et tres efficace dans la destruction des cellules germinales primordiales mais son intervention a un stade tres precoce du developpement (entre 18 et 21 h d'incubation) et rinsuffisance de protection des ebauches embryonnaires limitaient aussi la survie des sujets experimentes. Neanmoins, les rayons u.v. sont sans doute mieux adaptes a la destruction elective de cellules eparses dans un mince feuillet puisqu'ils sont a la fois moins penetrants et beaucoup plus facilement absorbes que les radiations ionisantes (Errera, 1959). C'est pourquoi je les ai utilises, mais a un stade plus tardif ou, d'apres Simon (I960), le croissant germinal est encore en place. L'irradiation du croissant germinal a ete ainsi pratiquee chez des embryons de Poulet pourvus de 5 a 10 paires de somites (Fig. 1), c'est-a-dire aux stades precedant ^incorporation des cellules germinales primordiales aux ilots sanguins extra-embryonnaires. Quelques blastodermes ont ete cependant irradies au stade de la ligne primitive (15 h d'incubation) afin d'examiner les effets immediats des rayons u.v. sur les cellules du croissant de Swift. Enfin, je me suis egalement inspire des techniques de Dubois (1962) pour la protection des embryons par des ecrans de forme appropriee. Technique de destruction des gonocytes primordiaux Les experiences ont ete faites sur des embryons de Poulet de la race Rhode Island. Les oeufs, incubes a 39 °C, sont sortis de la couveuse au terme du delai necessaire pour parvenir au stade choisi pour le traitement. Pour decouvrir 1'embryon, une fenetre est pratiquee dans l'ceuf en decoupant, dans la region de la coquille qui recouvre le blastoderme, un carre de 8 a 10 mm de cote. Avant d'enlever les membranes coquillieres sous-jacentes, on perfore la chambre a air, ce qui a pour efTet de deprimer le contenu de l'ceuf dans la coquille et de faire descendre le blastoderme a quelques millimetres au-dessous du plan de la fenetre ainsi menagee (technique de Hara, 1961). Les oeufs dont 1'embryon a depasse le stade favorable sont elimines; ceux chez lesquels il ne l'a pas atteint sont remis en incubation apres obturation de la fenetre. 488 G. REYNAUD Deux ecrans tailles dans du papier d'aluminium sont places au-dessus du blastoderme: le premier comporte un secteur evide respectant la forme du croissant germinal; le second, en forme de languette, a pour but de renforcer la protection de l'extremite cephalique de l'embryon (Fig. 2). La surface decouverte est seule exposee aux u.v. La source de rayons est constitutee par une lampe a vapeur de mercure (type S. 100 de Leitz), placee sur socle de maniere a donner un faisceau vertical dirige de haut en bas. L'interposition de divers filtres sur le Fig. 1 Fig. 2 Fig. 1. Schema d'un embryon de Poulet au moment ou se pratique l'irradiation du croissant germinal (stade a huit paires de somites). En pointille: le croissant germinal. (D'apres Simon et Dubois, modifie.) Fig. 2. Systeme des ecrans de papier d'aluminium utilises pour l'irradiation, vu de dessus. En pointille: ecran evide. En hachures: ecran plein en forme de languette. (D'apres Dubois, modifie.) trajet lumineux permet de disposer d'une bande plus ou moins etendue d'ultraviolet. En dehors du choix du filtre et de la duree d'irradiation, toutes les caracteristiques du dispositif experimental utilise peuvent etre considerees comme constantes. En ce qui concerne l'energie incidente du spectre d'emission, il n'a ete procede a aucune evaluation de sa valeur absolue: on ne dispose que de valeurs relatives en rapport avec les durees d'exposition. Apres irradiation, les ecrans sont retires et on aspire par la perforation faite au gros bout de l'oeuf, une quantite d'albumine necessaire pour faire redescendre le blastoderme a quelques millimetres au-dessous du plan de la fenetre. On referme celle-ci au moyen d'une bande de ruban adhesif et on replace l'oeuf opere a l'incubateur. Tant que l'embryon n'est pas entierement recouvert par l'amnios, il est necessaire d'humecter le blastoderme a intervalles reguliers avec du liquide physiologique, pour eviter la dessiccation. Controles histologiques Le controle histologique des sujets d'experience et des temoins a beneflcie de la decouverte de Mintz (1960) et de Meyer (1960) concernant la richesse des cellules germinales de Poulet en enclaves glycogeniques P.A.S. ( + ). Clawson & Transfert de cellules germinates 489 Domm (1963) et Meyer (1964), apres avoir utilise ce resultat pour suivre la migration des cellules germinales, ont constate que cette richesse en glycogene diminue a la fin du cinquieme jour d'incubation et s'annule completement dans le courant du 7e jour. Chez le Poulet et le Dindon, la meme technique, legerement modifiee dans ses temps, peut s'etendre a la mise en evidence des cellules germinales primordiales contenues dans le feuillet profond du croissant germinal isole et etale sur lamelle (Reynaud, 1967). Elle va done etre appliquee sous cette forme a tous les embryons normaux ou irradies recuperes entre le stade de la ligne primitive (15 h d'incubation) et celui du repli cephalique (21 h). Les individus recuperes entre 3 et 6 jours d'incubation sont evidemment trop developpes pour etre examines in toto; aussi, apres avoir ete colores par la technique preconisee par Meyer (1960), ils sont inclus dans la paraffine et coupes a 5 fi ou a 7,5 fi. Seule une region troncale comprenant tres largement les ebauches gonadiques est conservee. Chez les embryons sacrifies ou morts au-dela du 6e jour d'incubation, on disseque et on conserve l'ensemble du mesonephros et de la gonade. Celui-ci est fixe au Bouin et colore, apres section, suivant une technique histologique courante: hemalun de Mayer, hematoxylineeosine ou trichromique de Masson. Les feuillets entoblastiques provenant de blastodermes irradies au stade de la ligne primitive (15 h) ont ete compares a des feuillets temoins. Chez ceux-ci, on trouve constamment de nombreuses cellules germinales primordiales, reconnaissables non seulement a leurs granulations P.A.S. ( + ) mais encore a leur grande taille, environ double de celle des cellules entoblastiques banales, et a leur gros noyau montrant souvent deux masses irregulieres de chromatine. En outre, a partir du stade du prolongement cephalique, la presence de pseudopodes est frequente chez ces cellules (Fig. 3 A). Chez les blastodermes irradies depuis quelques heures, on a pu observer les premieres phases de la destruction des gonocytes. Les cellules germinales sont souvent hypertrophiees, jusqu'a quatre et cinq fois plus grosses que les cellules entoblastiques. Leurs enclaves glycogeniques et leurs granules vitellins sont tres rarefies (Fig. 3B). On rencontre meme quelques cellules a l'aspect totalement vide (Fig. 3C). Enfin, chez les blastodermes parvenus au stade du repli cephalique (21 h), les gonocytes primordiaux adherant au feuillet germinal profond ne presentent pas de pseudopodes. L'examen des ebauches gonadiques d'embryons temoins de 3 a 6 jours d'incubation revele la presence de nombreux gonocytes primaires, en tous points comparables aux cellules germinales du croissant de Swift, et donnant en particulier une intense reaction cytoplasmique P.A.S. positive (Fig. 3D, E). L'observation des glandes sexuelles chez les temoins de plus de 6 jours d'incubation permet de retrouver de tres nombreux gonocytes primaires ou de tres nombreuses gonies incorpores a l'epithelium et aux cordons germinatifs. Les gonocytes ont pu etre denombres chez six embryons temoins ages de 3 a 7 jours d'incubation (tableau 1). Les nombres obtenus, auxquels on a adjoint des 490 G. REYNAUD valeurs trouvees a la suite de denombrements similaires effectues par deux auteurs (Firket, 1914; Simon, 1960), servent de reference dans Fetude quantitative de Faction sterilisante des rayons u.v. Pour chaque sujet d'experience, il devient en effet possible de calculer un index de sterilite a partir de la formule Transfert de cellules germinales 491 (N—X)/N, JVetant le nombre moyen de gonocytes d'un temoin donne et X \e nombre de gonocytes trouves chez un embryon irradie de meme stade. Les index les plus eleves correspondent aux sujets dont la sterilisation est la plus poussee. Le resultat varie suivant la duree de l'irradiation et la nature des filtres interposes. Les individus irradies pendant moins de 7 min ou a l'aide d'une combinaison de filtres donnant une raie monochromatique de la bande u.v. (3120 A), montrent encore quelques gonocytes dans leurs ebauches gonadiques. Leur index de sterilite ne depasse jamais 0,90. Lorsque le croissant a ete irradie pendant 7 a 11 min et au moyen d'une large bande d'ultra-violet (2540-3660 A), la sterilisation est beaucoup plus efficace (Tableau 2). L'index n'est jamais inferieur a 0,95 et atteint meme l'unite, ce qui correspond a une sterilite absolue (Fig. 3F, G; Fig. 4A, B). Dans le cas ou des cellules sexuelles persistent, elles presentent alors frequemment l'aspect anormal — hypertrophie et vide — Tableau 1. Augmentation du nombre des gonocytes primaires au cours des premiers jours d Incubation Age des embryons temoins (jours d'incubation) Nombre de gonocytes primaires 3 4 5 6 7 335 372 et 416 736 1.150 environ 2.000 environ FIGURE 3 A. Cellule germinale primordiale adherant au croissant germinal entoblastique d'un embryon de Poulet normal au stade du prolongement cephalique. Reaction au P.A.S. et coloration nucleaire par l'hematoxyline au dioxane. B. Cellule germinale hypertrophiee observee dans le croissant germinal entoblastique, 6 h apres l'irradiation aux u.v. Noter l'appauvrissement en inclusions cytoplasmiques colorees. Reaction au P.A.S. C. Deux cellules germinales a aspect 'vide' adherant a l'entoblaste du croissant germinal, 6 h apres l'irradiation aux u.v. Reaction au P.A.S. D. Ebauche gonadique d'un embryon de Poulet temoin de 6 jours d'incubation, au moment de la premiere poussee de cordons germinatifs. Reaction au P.A.S. x 400. (ep.g, epithelium germinatif; md, mesentere dorsal; st, stroma gonadique.) E. Gonocyte primaire de Poulet a fort grossissement. Noter la presence dans le cytoplasme de granules vitellins (en gris clair) a cote des enclaves glycogeniques (en noir intense). P.A.S. F. Ebauches gonadiques steriles (g) d'un embryon de 5 jours d'incubation dont le croissant germinal a ete irradie pendant 10 min au stade a 9 paires de somites. P.A.S. x80. (ao, aorte; md, mesentere dorsal; mn, mesonephros.) G. Ebauche gonadique sterile d'un embryon de 5 jours d'incubation, irradie pendant 7 min au stade a 10 paires de somites. P.A.S. x 500. {ep.g, epithelium germinatif sterile; st, stroma gonadique.) Index de sterilite Sexe de l'embryon 9 1 — 1 — — — G, P.A.S. 26 (dont 2 alteres) 0,93 G, P.A.S. 1 (egare) G, P.A.S. 6 (dont 4 alteres) 0,99 0 G, P.A.S. 17 (dont 6 alteres) 0,98 9 4 10 5 10 4 10 6 10 9 B, H 5 9 5 C93 5 C74 — 0,99 10 C69 1 — Stade evolutif au moment de l'irradiation (somites) Duree de l'irradiation (min) Age au moment de la fixation (jours) Traitement Nombre de gonocytes C68 9 6 1 — C54 0,98 1 4 ... Embryons Index de sterilite Sexe de l'embryon G, P.A.S. 0 0 G, P.A.S. 28 0 G, P.A.S. B, M B, M 10 6 10 4 7 5 10 10 10 12 C41 5 C31 9 9 5 7 C13 Stade evolutif au moment de l'irradiation (somites) Duree de l'irradiation (min) Age au moment de la fixation (jours) Traitement Nombre de gonocytes C8 C5 ... Embryons (B, Bouin; G, Gendre; H, hemalun; M, Masson.) Tableau 2. Resultats des experiences d"irradiation — 0,97 11 G, P.A.S. 11 4 9 C94 1 — 0 G, P.A.S. 11 6 8 C48 9 1 0 B, M 10 7 8 C100 — G, P.A.S. 33 (dont 2 alteres, plusieurs egares) 0,97 7 6 6 C50 — 0,98 G, P.A.S. 20 (dont 3 alteres) 7 6 5 C53 O r, 2 w ... 1 8 B, H Age au moment de la fixation (jours) Traitement Rapport N/P des gonocytes Sexe $ B, H 10 Embryons Nombre de gonocytes ou de gonies 8 _ _ Plusieurs centaines 11 0,55 0,54 Rapport N/P des gonocytes Sexe 11 12 <$ B, H-X, E _ 0,54 152 G, P.A.S. G, P.A.S., H 59 87 5 4 Nombre de gonocytes ou de gonies Age au moment de 4 la fixation (jours) Traitement G, P.A.S. Embryons _ 6 B, H 16 13 0,55 167 _ G, P.A.S. 5 9 B, H 19 14 0,55 B, M 20 15 £ 4 (dont 2 alteres) 0,68 G, P.A.S. 6 $ 6 a B, H 21 16 0,56 G, P.A.S. H 532 Plusieurs milliers de gonies _ G, P.A.S. H 125 5 (B, Bouin; E, eosine; G, Gendre; H, hemalun; H-X, hematoxyline; M, Masson.) Tableau 3. Resultats des experiences d'injection 7 <$ B, H-X, E 21 17 $ 0,54 $ 0,56 G, P.A.S. B, H, H-X, H E 650 1500 environ 6 8 U) 494 G. REYNAUD decrit plus haut pour les cellules observees quelques heures apres l'irradiation au stade de la ligne primitive. En outre, elles se localisent souvent en position atypique — pres de la chorde dorsale ou du tube neural — ce qui ne se produit qu'a titre tres exceptionnel chez les temoins. Transfert de cellules germinates 495 Les gonades embryonnaires sont toujours normalement developpees malgre la rarete ou Fabsence des cellules germinales, et on ne constate jamais dans leur tissu somatique le moindre signe d'alteration cellulaire. Pour les embryons recueillis au-dela du 6e jour d'incubation, le sexe est parfaitement reconnaissable grace au developpement bilateral des ebauches gonadiques et a leur structure histologique (Fig. 4A; Tableau 2). Influence de I'irradiation et de Vouverture de Vceuf sur le developpement de V embryon En dehors de la lesion rapide des cellules germinales, les rayons u.v. perturbent la circulation sanguine vitelline dans la region du croissant germinal. Ainsi, la portion la plus anterieure du sinus terminalis peut faire defaut ou etre plus ou moins alteree. D'autres fois, c'est la veine vitelline anterieure qui n'est pas intacte ou dont les veinules afferentes paraissent lesees. Le systeme arteriel vitellin peut etre atteint de la meme facon dans ses nombreuses arborisations anterieures (Fig. 4C). Ces anomalies constituent autant d'obstacles a Tembarquement' des gonocytes dans le reseau vasculaire extra-embryonnaire et contribuent vraisemblablement a parfaire la sterilisation ulterieure des gonades. En effet, tant que ces perturbations locales n'empechent pas l'etablissement d'une circulation vitelline fonctionnelle, la sterilite totale des gonades, acquise dans la plupart des cas, est parfaitement compatible avec une survie prolongee de l'embryon. L'irradiation interesse egalement le territoire de Famnios anterieur presomptif dont le developpement est souvent entrave, ce qui est a l'origine de certains cas de mortalite precoce. Enfin, la plupart des malformations decrites par Ancel (1956) comme resultant de l'ouverture de la coquille et du prelevement d'une FIGURE 4 A. Partie du coelome d'un embryon de 12 jours d'incubation dont le croissant germinal a ete irradie pendant lOmin au stade possedant 10 paires de somites. Noter la presence de testicules (0 bien developpes. Trichromique de Masson. x 30. B. Aspect du testicule du meme embryon, a fort grossissement (x400): les tubes seminiferes (ts) sont absolument steriles. C. Effet de l'irradiation aux u.v. sur les ebauches vasculaires vitellines. Embryon de 3,5 jours d'incubation dont le croissant germinal a ete irradie pendant 10 min. a la 28e h d'incubation. Laflechemontre l'interruption du sinus terminalis et le raccourcissement de la veine vitelline anterieure. D. Embryon de Dindon preleve in vitro au stade du prolongement cephalique et dont le croissant germinal entoblastique (cr) a ete isole. E. Aspect de l'entoblaste du croissant germinal de Dindon, etale sur lamelle et traite in toto par la technique de coloration P.A.S. Lesflechesmontrent des cellules germinales primordiales. x 150. F. Echantillon de la suspension cellulaire obtenue par dissociation du croissant germinal entoblastique. La fleche montre une cellule germinale primordiale. P.A.S. xl50. 32 JEEM2I 496 G. REYNAUD fraction d'albumine se retrouvent chez les sujets irradies. Leur frequence (26 %) est comparable a celle constatee par Ancel pour une ouverture de 1'oeuf intervenant a la 28e h d'incubation, avec toutefois une legere augmentation du taux particulier des malformations cephaliques (exencephalie, microphtalmie) aux depens des autres types. La combinaison de ces deux sortes d'effets teratogenes (ouverture de la coquille et irradiation) rend compte du fort pourcentage de mortalite des sujets d'experience avant le 4e jour d'incubation (58%), bien superieur a celui des ceufs temoins ouverts mais non irradies (15%). Des durees d'irradiation du croissant germinal superieures a l l min accroissent considerablement le taux de mortalite sans assurer une meilleure sterilisation des embryons. D'autre part, il n'apparait pas de relation simple entre la duree de l'irradiation et l'index de sterilite resultant. Enfin, il ne semble pas exister pour les differents stades evolutifs traites, un stade particulier ou l'irradiation seraitplus efficace (cf. Tableau 2). Ainsi, Je choix du stade repose exclusivement sur la concentration des cellules germinales dans le croissant de Swift. En conclusion, on peut dire qu'une sterilite sexuelle totale ou quasi totale s'obtient par irradiation du croissant germinal avec une large bande de lumiere ultra-violette pendant 7 a 11 min. La sterilite semble provenir d'une degenerescence massive et rapide des cellules germinales primordiales par hypertrophie probablement suivie de cytolyse. Cette degenerescence est completee par un blocage de la migration intra-vasculaire des gonocytes, consecutif a une inhibition de leurs proprietes amiboldes ainsi qu'aux perturbations locales que l'irradiation apporte au developpement des vaisseaux sanguins vitellins charges de les vehiculer. RECUPERATION DES CELLULES GERMINALES PRIMORDIALES DE DINDON Elle se fait a partir de l'entoblaste du croissant germinal, au stade ou cette region du blastoderme ne comporte encore que deux feuillets germinaux. Des observations histologiques de tres nombreux chercheurs ont montre qu'au stade du prolongement cephalique, le feuillet profond du croissant germinal de Poulet contient de nombreuses cellules germinales. Les examens que j'ai personnellement effectues sur des feuillets entoblastiques etales sur lamelle et colores par le P.A.S. ont confirme cette localisation des gonocytes et m'ont permis de la retrouver chez le Dindon. En outre, le stade du prolongement cephalique se prete encore parfaitement a la separation des feuillets du blastoderme selon la technique de Hara (1961). II a done ete choisi pour la recuperation des gonocytes primordiaux. A 24 h d'incubation, le blastoderme de Dindon est separe du vitellus puis transports dans une solution de Locke depourvue d'ions Ca 2+ qui va faciliter la separation des feuillets et la dissociation des cellules en diminuant leur adherence mutuelle. Au moyen de fines aiguilles de tungstene, le feuillet profond Transfert de cellules germinates 497 du croissant germinal est isole (Fig. 5, 4D). On le decoupe ensuite en une douzaine de fragments qui seront preleves successivement a l'aide de micropipettes de calibre de plus en plus restreint et dans un milieu constamment depourvu d'ions Ca 2f . Le produit final consiste en une suspension blanchatre et opalescente qu'on peut examiner directement au microscope et dont on peut prelever sur lamelle des echantillons qui seront fixes par dessiccation rapide dans un courant d'air chaud. Cette suspension est conservee a 39 °C jusqu'au moment de son transfert a un embryon de Poulet dont le croissant germinal a ete prealablement irradie aux rayons u.v. Mesoblaste Granules vitellins Solution de locke sans Ca Entoblaste Ectoblaste Aiguille de tungstene Agar Fig. 5. Separation de l'entoblaste et de l'ectoblaste dans la region du croissant germinal, au stade du prolongement cephalique. Section sagittale passant par la ligne primitive. (D'apres Hara.) L'examen microscopique immediat de suspensions fraiches permet de deceler, outre des cellules isolees, de petits agregats, des debris cellulaires et des globules vitellins. L'observation d'echantillons de suspension fixes sur lamelle et traites suivant la technique de coloration P.A.S. revele la presence de cellules germinales bien separees des agregats entoblastiques et generalement intactes (Fig. 4F). Contrairement aux cellules entoblastiques banales, les cellules germinales primordiales ne montrent jamais de mitoses, ce qui est en accord avec les observations histologiques de Swift (1914), Blocker (1933) et Simon (1960) relatives aux memes stades embryonnaires et pour deux especes d'Oiseaux. Dans une suspension obtenue avec un seul croissant germinal, on denombre au total une centaine de gonocytes primordiaux. Quelques gonocytes, loges entre les deux feuillets du blastoserme ou partiellement degages de l'entoblaste sont vraisemblablement perdus ou leses au cours de l'excision, de la fragmentation ou du pipetage du feuillet. Ces pertes peuvent etre considerees comme negligeables au stade du prolongement cephalique puisque l'examen de feuillets etales montre qu'a ce stade les gonocytes adherent encore pour la plupart a l'entoblaste (Fig. 4E). Les techniques de separation des feuillets germinaux, de fragmentation de l'entoblaste du croissant germinal et de dissociation cellulaire mecanique dans 32-2 498 G. REYNAUD 2+ un milieu prive d'ions Ca , appliquees au blastoderme parvenu au stade du prolongement cephalique, s'averent done parfaitement adaptees a la recuperation du materiel germinal des Oiseaux. Elles permettent d'obtenir des suspensions cellulaires homogenes contenant des gonocytes primordiaux nombreux et bien isoles. TRANSFERT DES CELLULES GERMINALES DE DINDON A L'EMBRYON DE POULET Technique de transfert Le transfert des gonocytes se fait par injection des suspensions cellulaires dans le systeme veineux vitellin du Poulet selon une technique qui s'inspire de celle elaboree par Weiss & Andres (1952) pour suivre la destinee des cellules embryonnaires disseminees par la circulation sanguine. Les embryons de Poulet dont le croissant germinal a ete irradie vers la 28e h d'incubation, e'est-a-dire au stade de 5 a 10 paires de somites, et qui ont survecu sans presenter d'anomalie vasculaire grave, sont injectes 48 h plus tard, entre 75 et 80 h d'incubation totale. Quelques embryons ont ete injectes plus tard, mais jamais au-dela du 6e jour d'incubation totale. La bande de papier adhesif recouvrant la fenetre etant retiree, on fait remonter le sac vitellin au ras de l'ouverture en deposant quelques gouttes de Locke a l'interieur de l'ceuf, puis on repere a la loupe binoculaire une veinule peripherique presentant un calibre en rapport avec le diametre de la pointe de l'aiguille servant aux injections (environ 50 p). A l'aide d'une seringue a molette reliee par un tube souple a une aiguille de verre, on preleve une partie de la suspension cellulaire maintenue en reserve et on en injecte environ 0,5 mm3, sous pression reguliere, dans le vaisseau choisi. Si la pointe de l'aiguille est bonne, la perforation de la membrane vitelline et celle de la paroi vasculaire sont faciles; en outre, cette paroi n'est pas dechiree, de sorte que l'hemorragie est tres reduite apres le retrait de l'aiguille. Apres injection, on debouche le petit trou qui avait ete pratique dans la coquille pour crever la chambre a air et, par aspiration, on elimine l'exces de liquide de facon a faire redescendre l'embryon au-dessous du plan de la fenetre. On obture une nouvelle fois la coquille avec une bande de papier adhesif et l'ceuf est enfin remis dans l'incubateur avec sa fenetre dirigee vers le haut. On le laissera en incubation aussi longtemps que survivra l'embryon et, durant ce delai, il sera examine et retourne trois fois par jour. Le volume maximal de liquide qu'il est possible d'injecter sans dommage dans l'appareil circulatoire d'un embryon de 3 jours etant d'environ 0,5 mm3 et le volume final de Locke contenant les cellules en suspension avoisinant 5 mm3, on ne peut transferer a chaque receveur que le l/10e de la suspension totale. Dans ce cas, si la suspension n'etait obtenue qu'a partir d'un seul croissant germinal comportant approximativement une centaine de cellules germinales, une simple injection ne transfererait en moyenne qu'une dizaine de ces cellules. Devant l'impossibilite d'appliquer une methode simple et inoffensive permet- Transfert de cellules germinates 499 tant d'isoler in vitro le materiel germinal des cellules somatiques, 1'unique moyen mis en oeuvre pour augmenter le nombre de gonocytes par dose injectable fut d'accroitre la densite cellulaire globale des suspensions. Ainsi, cinq croissants germinaux de Dindon ont ete dissocies dans 5 mm3 de Locke, ce qui porte a environ 500 le nombre total des gonocytes en suspension et, si la dispersion est bonne, a cinquante environ le nombre de gonocytes par fraction injectable. Les gonocytes se rencontrant dans la proportion de 1 % par rapport aux cellules entoblastiques du croissant, on peut estimer qu'une dose injectable contient en moyenne, outre les spheres vitellines, quelque 5.000 cellules. Les differentes anomalies provoquees par une injection intraveineuse, tels qu'ils ont ete decrits par Weiss & Andres (1952) (congestion du cceur et des gros vaisseaux, extravasion de sang dans le ccelome extra-embryonnaire, rupture de vaisseaux capillaires, etc.), ont ete retrouves au cours des presentes experiences. En outre, au moment du retrait de l'aiguille, une petite hemorragie se produit frequemment mais elle est stoppee dans la plupart des cas par une constriction rapide de la paroi du vaisseau. Lorsque celui-ci a ete plus gravement endommage, on observe la formation de deux expansions symetriques de la paroi du sac vitellin venant recouvrir le point de lesion. Ce phenomene, allant de pair avec une hemorragie importante, est suivi a breve echeance de la mort de Pembryon. Dans tous les cas ou l'embryon surmonte la phase critique des troubles post-operatoires, le retour a la normale intervient tres rapidement. Toutefois, aucun des embryons traites n'a depasse le stade de 1'eclosion. Controles histologiques Les embryons qui ont survecu quelques jours apres l'injection ont ete fixes le plus tot possible apres leur mort et traites suivant leur age par la technique de coloration P.A.S., egalement valable pour caracteriser les gonocytes primaires de Dindon (fig. 6 A), ou par une technique histologique courante (hematoxylineeosine, hemalun de Mayer ou trichromique de Masson). Dix-sept d'entre eux, dont les deces s'echelonnent sur toute la duree de l'incubation post-operatoire, ont ete examines avec soin du point de vue du peuplement des gonades (Tableau 3). Parmi ces dix-sept embryons ages de 4 a 21 jours d'incubation, seize presentaient des cellules germinales (gonocytes primaires ou gonies) en nombre tres variable suivant le stade evolutif atteint mais jamais inferieur a cinquante et pouvant aller, chez les sujets les plus ages, jusqu'a plusieurs milliers (Fig. 6B-F). Le dix-septieme, fixe au 6e jour d'incubation, ne presentait que quatre cellules germinales dont deux alterees. Ce dernier resultat peut etre considere comme une sterilisation simple et s'oppose aux seize premiers cas chez lesquels les gonocytes et les gonies rencontres sont toujours nombreux et d'aspect parfaitement normal. Pour ces seize cas, un repeuplement eventuel des glandes genitales a partir de quelques gonocytes primordiaux epargnes par les rayons u.v. parait exclu puisqu'un tel phenomene n'a jamais ete observe chez les individus qui n'ont subi que l'irradiation. 500 G. REYNAUD Pour etablir avec certitude la provenance des cellules sexuelles, il a fallu comparer les caracteristiques cellulaires (diametres cytoplasmique et nucleaire, rapport nucleoplasmique) des gonocytes de Poulet a celles des gonocytes de Dindon. Les mesures ont ete effectuees d'une part dans le croissant germinal, et dans les ebauches gonadiques d'autre part (Tableau 4). Du fait de l'existence de Transfert de cellules germinales 501 zones de chevauchement pour les diametres cytoplasmique et nucleaire des deux especes, le recours au rapport nucleoplasmique qui est une constante cellulaire specifique, s'est avere indispensable. Simon (1960) avait trouve Ja valeur 0,72 pour le rapport nucleoplasmique lineaire des gonocytes primaires de Poulet. Cette valeur a ete confirmee en faisant, chez des embryons temoins, la moyenne d'une cinquantaine de mesures. Chez le Dindon, la moyenne obtenue pour un meme echantillonnage est egale a 0,55. Chez chacun des embryons de Poulet recuperes apres avoir rec.u une injection de cellules de Dindon, une quinzaine de gonocytes primaires ont ete mesures pour revaluation de leur rapport nucleoplasmique. A l'exception du specimen dont les ebauches gonadiques ne contiennent que quatre gonocytes, ce rapport se rapproche constamment de 0,55, c'est-a-dire de la valeur speciflque du Dindon (cf. Tableau 3). Malheureusement, le rapport nucleoplasmique n'a permis d'identifler les cellules germinales que dans 9 cas sur 17 car il n'est plus utilisable a partir du moment ou les gonocytes commencent a subir la periode de multiplication active donnant naissance aux gonies, laquelle debute des le huitieme jour d'incubation chez les sujets femelles et vers le treizieme jour chez les males. En effet, les cellules qui entrent en mitose ou qui viennent de se diviser presentent des rapports nucleoplasmiques aberrants. Ensuite, chez les femelles, les ovogonies entrent rapidement dans la phase d'accroissement conduisant aux ovocytes primaires, ce qui rend encore tres difficile la determination de leur origine speciflque. Une indication sera peut-etre fournie par le diametre cellulaire de ces ovocytes. Chez les Poulets parvenus a la veille de l'eclosion, ce diametre ne depasse jamais 20 /i, alors que tous les ovocytes primaires observes jusqu'ici dans les ovaires des embryons injectes ont un diametre constamment egal ou superieur a 20 ft (Fig. 6E). II a ete possible de denombrer les gonocytes primaires des sujets experimentaux sur des preparations traitees au P.A.S. (Tableau 3). J'ai constate que le FIGURE 6 A. Ebauche gonadique d'un embryon de Dindon temoin de 7 jours d'incubation. Noter la presence de gonocytes contenant des granules P.A.S. ( + ) a Pinterieur de Pepithelium germinatif (ep.g.) x 500. {md, mesentere dorsal; st, stroma gonadique.) B. Embryon de Poulet de 4 jours d'incubation, injecte a 3 jours et dont les ebauches gonadiques contiennent des gonocytes de Dindon. P.A.S. x 500. (ao, aorte; ch, chorde dorsale; les fleches montrent deux gonocytes.) C. D. Gonocytes primaires de Dindon observes a fort grossissement chez le meme specimen. Noter les granules P.A.S. ( + ) bien distincts dans la cellule de la figure D. E. Ovocyte primaire de grande taille ayant commence sa phase d'accroissement dans un ovaire de Poulet de 20 jours et se trouvant entoure par les futures cellules folliculeuses (/). Trichromique de Masson. F. Testicule gauche d'un embryon de Poulet mort en cours d'eclosion apres avoir recu, a 3 jours d'incubation, une injection de gonocytes primordiaux de Dindon. Noter l'abondance des spermatogonies a Pinterieur des tubes seminiferes. Hemalun de Mayer, x 250. 11 15 Diametre nucleaire 9,18 9 10, 12,5 10,5 7 8 Poulet Dindon 0,60 0,47 0,72* 0,55 6,4* 7,5 9 15 Limite infere 10,6* 12,5 Diametre nucleaire 8,53* 8,5* 9 9,5 Rapport N/P Sexe 0,56 ¥ 315 Plusieurs centaines 12 6 Quelques 14001500 cellules dans ovaire droit 19 4 0 19 11 0 5 5 0 9 0 12 0 19 6 4 Age au moment de l'injection (jours) Age au moment de la fixation (jours) Nombre de cellules germinales dans les ebauches gonadiques 4 10 Embryons 6 15* 23 Diametre cellulaire (/*) 11,25* 11,18* 17,75 17,5 6 Limite supere Valeur Moyenne dominante Ebauches gonadiques Tableau 5. Resultats des experiences d'injection differee Tirees des travaux de Simon (1960). 20 31 Limite supere 11 17 Moyenne Poulet Dindon Valeur dominante Diametre cellulaire (/*) 15,3 15 22,75 22,5, 25 Limite infere Croissant germinal extra-embryonnaire Tableau 4. Dimensions cellulaires et rapports nudeoplasmiques lineaires des gonocytes de Poulet et de Dindon mesures dans le croissant germinal et dans les ebauches gonadiques > m O Transfert de cellules germinales 503 nombre de gonocytes rencontres dans les ebauches gonadiques des embryons injectes est d'autant plus grand que l'embryon est plus age. Si Ton admet que les differents individus recoivent au moment de Pinjection et fixent dans leurs ebauches gonadiques des nombres equivalents de gonocytes primordiaux de Dindon, on peut affirmer qu'il se produit comme chez les temoins (Tableau 1), une augmentation de Feffectif des gonocytes au cours du temps. Chez les embryons receveurs, la multiplication cellulaire s'opere a partir d'une population de gonocytes theoriquement reduite de moitie, a savoir une cinquantaine de gonocytes injectes en moyenne au lieu de la centaine de cellules germinales originelles. Dans la limite des denombrements effectues, il apparait qu'une regulation intervient dans la population de cellules germinales transferees. Les modalites de cette regulation seront precisees ulterieurement. Ces trois series de constatations relatives a l'abondance des cellules germinales chez les individus injectes, a leurs caracteres morphologiques specifiques et a Taccroissement de leur effectif, permettent de conclure que dans 16 cas sur 17, les glandes genitales steriles du Poulet ont ete colonisees par des cellules germinales de Dindon. Cette interpretation rejoint la conclusion de Simon (1960) suivant laquelle 'la competence de la region genitale [de l'embryon de Poulet] a fixer des gonocytes peut se manifester vis-a-vis de cellules germinales, appartenant a une espece d'Oiseau totalement differente'. Des experiences d'injection differee ont permis de preciser la duree de cette competence et de determiner le stade evolutif le mieux adapte au transfert des gonocytes. Apres l'irradiation aux rayons u.v. du croissant germinal du Poulet, j'ai retarde l'injection pour ne la pratiquer qu'au 4e, 5e ou 6e jour d'incubation totale (Tableau 5). Lorsque l'injection est faite a la fin du 4e jour d'incubation (entre 95 et 100 h), les ebauches gonadiques presentent ulterieurement de nombreuses cellules germinales. Chez un specimen dont on a pu mesurer les rapports nucleoplasmiques des gonocytes primaires, leur moyenne a donne 0,56, se montrant une nouvelle fois parfaitement assimilable au rapport specifique des gonocytes de Dindon. Au contraire, lorsque l'injection est faite plus tard, les embryons receveurs sont ensuite steriles dans la plupart des cas. La sterilite devient constante chez les embryons injectes dans le courant du 6e jour d'incubation: la sterilisation provoquee par les rayons u.v. n'est suivie d'aucun repeuplement germinal homo- ou heterospecifique. Ces resultats suggerent que la competence des territoires sexuels presomptifs, definie par Simon (1960) comme 'un caractere intrinseque des tissus qui exerceraient une attraction specifique sur les cellules germinales', disparait au cours du 5e jour d'incubation chez l'embryon de Poulet. II est interessant de noter que cette periode coincide precisement chez cette espece avec la premiere poussee de cordons germinatifs, c'est-a-dire au moment ou l'epithelium germinatif marque une premiere etape dans sa differenciation. Sur le plan de la pratique experimentale, il ressort que l'injection doit etre faite a un stade ou les vaisseaux vitellins sont deja bien formes et sufinsamment 504 G. REYNAUD ramifies (au plus tot le 3e jour d'incubation) et ou, d'autre part, les gonades sont encore competentes. En outre, j'ai note que le taux de mortalite des embryons temoins s'abaisse tres sensiblement entre le 3e et le 5e jour de Fincubation. Ce regroupement de donnees permet d'etablir que le moment le plus favorable au transfert des gonocytes se situe entre la fin du 4e et le debut du 5e jour, c'est-adire autour de la lOOe h d'incubation. Des injections en serie effectuees dans ces nouvelles conditions, ce qui represente un delai supplemental re d'une vingtaine d'heures par rapport aux operations courantes de transfert decrites ci-dessus, permettront peut-etre d'ameliorer le pourcentage general de survie des embryons traites et d'obtenir quelques eclosions. CONCLUSIONS Les presentes recherches ont essentiellement apporte jusqu'ici de nouvelles preuves experimentales aux resultats acquis par differents auteurs. Les experiences d'irradiation et les observations histologiques qui s'y rapportent ont demontre une nouvelle fois la localisation exclusive des cellules germinales de Poulet dans le croissant de Swift au cours d'une periode determinee de Fembryogenese, permettant la destruction efficace des cellules au moyen des rayons u.v. convenablement choisis et doses. La sterilisation sexuelle prolongee obtenue grace a cette technique semble prouver de nouveau que les cellules somatiques de la gonade sont incapables de se transformer en cellules germinales, du moins pendant toute la duree de Fincubation. Le fait que les ebauches gonadiques steriles soient bien developpees permet egalement de reaffirmer que les cellules germinales primordiales n'interviennent pas dans la croissance de la gonade et dans sa differentiation. Les experiences de desagregation mecanique des feuillets blastodermiques ont permis de verifier que les cellules germinales primordiales sont pour la plupart contenues dans le feuillet profond du croissant germinal, au stade du prolongement cephalique. L'examen des suspensions cellulaires obtenues par ce traitement revele que les cellules germinales ne sont apparemment pas lesees par les operations de dissociation et qu'elles sont en general bien isolees des cellules entoblastiques banales. Le controle histologique des embryons de Poulet qui ont recu une injection intraveineuse de cellules de Dindon montre que les gonocytes primordiaux introduits secondairement dans la circulation sont encore capables de coloniser des ebauches gonadiques, lesquelles demeurent competentes jusqu'au debut du 5e jour d'incubation. Ce fait constitue un nouvel argument en faveur de la these de la migration intravasculaire des cellules germinales chez les Oiseaux et precise les resultats obtenus par Dubois (1964) concernant l'etude in vitro de la competence des ebauches gonadiques du Poulet. Enfin, il apparait que les gonocytes de Dindon sont susceptibles de se maintenir a l'interieur des ebauches gonadiques du Poulet, de s'y multiplier et d'y commencer leur maturation. Transfert de cellules germinates 505 RESUME 1. Afin d'analyser ies rapports existant entre les cellules somatiques et les cellules germinales chez les Oiseaux, des injections de gonocytes primordiaux de Dindon ont ete faites dans l'appareil circulatoire d'embryons de Poulet ayant subi la destruction prealable de leur croissant germinal. 2. La sterilisation sexuelle est obtenue par irradiation aux rayons u.v. du croissant germinal chez des embryons de Poulet ayant de 5 a 10 paires de somites. Chez certains de ces embryons, recuperes et fixes au-dela du 3e jour d'incubation, les ebauches gonadiques se montrent absolument depourvues de cellules germinales. La sterilite sexuelle ainsi provoquee n'empeche ni l'organogenese des gonades, ni leur differentiation. 3. Les gonocytes de Dindon destines a 1'injection sont preleves par dissociation d'une portion du feuillet entoblastique renfermant le croissant germinal, au stade du prolongement cephalique. Us sont mis en suspension dans une solution physiologique depourvue d'ions Ca2+ pour prevenir les reagregations. Apres injection d'une petite quantite de la suspension cellulaire dans une veinule vitelline d'un embryon de Poulet de 3 jours, prealablement sterilise par irradiation, on constate que les gonocytes de Dindon, identifiables grace a leur rapport nucleoplasmique, sont capables de coloniser Jes ebauches gonadiques de J'hote. Us y proliferent ensuite en retablissant une population cellulaire numeriquement et morphologiquement normale que J'on peut suivre, dans les meilleurs cas, jusqu'au terme de l'incubation. Aucune eclosion n'a pu etre obtenue jusqu'ici chez les embryons operes. 4. Des experiences d'injection differee montrent que la competence des ebauches gonadiques steriles du Poulet a fixer des cellules germinales de Dindon introduces experimentalement dans la circulation sanguine ne se manifeste plus apres le 5e jour d'incubation. SUMMARY The transfer of turkey primordial germ cells to chick embryos by intra-vascular injection 1. In order to investigate the relationship between somatic cells and germ cells in birds, injections of primordial germ cells of turkey embryos were made into the blood stream of chick embryos in which the germinal crescent had been previously irradiated with ultra-violet rays. 2. The germinal crescents were irradiated in chick embryos from the 5-somite to the 10-somite stage. In some of these embryos, which were removed and fixed after the third day of incubation, no primordial germ cells were found in the gonads. The absence of primary gonocytes prevents neither the organogenesis of the gonad nor its sexual differentiation. 3. Entoblastic layers including the germinal crescent of head-process-stage turkey embryos were dissociated in calcium-free Locke solution. A small 506 G. REYNAUD amount of the resulting suspension was then injected into a yolk-sac vein of a 3-day-old chick embryo previously sterilized by ultra-violet irradiation. The germ cells of the turkey, identified by their nucleocytoplasmic ratio, were able to colonize the gonads of the host, to proliferate and to restore a normal germcell population. The length of survival ranged from immediate death to hatching but none of the operated embryos survived after hatching. 4. By means of progressively delayed injections, it was possible to show that the competence of the sterile gonads of chick embryos to retain primordial germ cells of turkey embryos experimentally introduced into the blood stream disappears after the fifth day of incubation. Ce travail a ete realise en partie au Laboratoire Hubrecht d'Utrecht grace a une bourse du Centre National de la Recherche Scientifique. Que le Professeur P. D. Nieuwkoop et toute son equipe trouvent ici l'expression de ma profonde gratitude. TRAVAUX CITES P. (1956). Recherche sur les effets teratogenes de Fouverture de l'ceuf de Poule au cours des trente-quatre premieres heures de l'incubation. Archs Anat. microsc. Morph. exp. 45, 203-17. BENOIT, J. (1930). Contribution a l'etude de la lignee germinale chez le Poulet. Destruction precoce des gonocytes primaires par les rayons ultra-violets. C. r. Seanc. Soc. Biol. 104, 1329-31. BLACKLER, A. W. (1962). 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