Role du mesoderme somitique dans le

/. Embryol. exp. Morph. Vol. 33, 2, pp. 291-311, 1975 291
Printed in Great Britain
Role du mesoderme somitique
dans le developpement de la cage thoracique de
Fembryon d'oiseau. I. Origine du segment sternal
et mecanismes de la differentiation des cotes
Par ALAIN CHEVALLIER1
Laboratoire de Zoologie de VUniversite scientifique et medicate de Grenoble
SUMMARY
Role of the somitic mesoderm in the development of the rib cage of bird embryos.
I. Origin of the sternal component and conditions for the development of the ribs
The developmental origin of the sternal component of the ribs and the conditions for the
development of the rib cage have been elucidated in bird embryos.
Experiments consisted in homo- or heterospecific transplantations of 2-day-old quail or
chick embryo somitic mesoderm into chick hosts of the same age in ortho- or heterotopic
position along the cephalo-caudal axis.
Results show that vertebral halves, ribs (not only their vertebral segment, but also their
sternal component when they possess one), the trunk and intercostal muscles, as well as
at least part of the scapula originate exclusively from the somitic material, while the sternum,
ventral muscles and the other parts of the pectoral girdle are derived from the somatopleural
mesoderm.
The development of the rib basket is subjected to following rules:
- only the somitic mesoderm of the prospective thoracic region (somites 19-26) is able to
give rise to ribs.
- only the somitic mesoderm of the posterior thoracic region (somites 22-26) is able to
develop ribs with a sternal component.
- the vertebral component of ribs can develop outside the thoracic region.
- contrariwise, the sternal component can form only in the vicinity of the sternal anlage,
i.e. within about three somites in front and rear of the normal limits of the thoracic region.
It is concluded that the somitic mesoderm is already regionalized at a stage slightly pre-
ceding its metamerization and that the somatopleural territory of the sternum plays a
morphogenetic role in the development of the sternal component of ribs, although it does
not make a cellular contribution to their construction.
INTRODUCTION
La cage thoracique du poulet comporte 7 paires de cotes portees par les
vertebres thoraciques Tl a T7. Les deux premieres paires de cotes s'articulent
sur les vertebres Tl et T2 et ne possedent qu'un court segment vertebral. Les
1
Adresse de Vauteur: Laboratoire de Zoologie de l'Universite Scientifique et Medicale de
Grenoble, BP 53, 38041 Grenoble, France.
19 EMB 33

292 A. CHEVALLIER
cinq paires de cotes suivantes s'articulent sur les vertebres T3 a T7 et compren-
nent, outre le segment vertebral, un segment sternal relie au sternum. Ce schema
general est susceptible de legeres variations. Dans 10 % des cas, la composante
sternale de la
3C paire de cotes manque (Kieny, Mauger & Sengel, 1972); d'autre
part, dans 5 % des cas, une 8e cote plus ou moins complete s'articule sur la
premiere vertebre lombaire LI (Herrick & Herrick, 1956).
L'origine embryologique de la cage thoracique n'est pas tout a fait elucidee.
Si de nombreux auteurs (Seno, 1961; Murillo-Ferrol, 1963; Pinot, 1969;
Sweeney & Watterson, 1969; Kieny et aJ. 1972) ont montre que Je segment
vertebral est issu du mesoderme somitique et plus precisement de la portion
du mesoderme somitique comprise entre le niveau des somites 19 et 26 (Pinot,
1969), en revanche les resultats sont encore contradictoires en ce qui concerne
l'origine du segment sternal. Certains auteurs, comme Straus & Rawles (1953)
pensent que le segment sternal est issu du mesoderme somatopleural des lames
laterales, alors que d'autres (Seno, 1961; Pinot, 1969) estiment qu'il provient du
mesoderme somitique. Par ailleurs, on sait que le sternum est d'origine somato-
pleurale (Fell, 1939). Mais, en ce qui concerne la ceinture scapulaire, aucune
demonstration rigoureuse de son origine n'a encore ete entreprise (cf.
Romanoff,
1960).
Les transplantations xenoplastiques de mesoderme somitique de caille dans
un embryon-hote de poulet qui ont ete entreprises dans ce travail ont permis
de trancher ces questions controversies. En effet, le noyau des cellules
embryonnaires de caille differe de celui des cellules de poulet par la presence
de un a trois granules fortement Feulgen-positif (Le Douarin & Barq, 1969).
Ce caractere permet de distinguer aisement les tissus de l'hote de ceux qui sont
formes a partir du mesoderme somitique greffe. C'est ainsi que, d'une part,
l'origine embryologique du segment sternal de la cote a ete completement
elucidee et que, d'autre part, la question des conditions necessaires et sumsantes
pour obtenir la differentiation des cotes, et en particulier du segment sternal
de la cote, a ete etudiee.
MATERIEL ET METHODES
Les experiences ont ete effectuees sur des embryons de poulet de race Leghorn
blanche ages de 2 a 2,5 jours d'incubation (16-30 paires de somites; stades 12-17
de Hamburger et Hamilton, 1951) et sur des embryons de caille {Coturnix
coturnix japonica) de stade equivalent (15-26 paires de somites).
(A) Techniques operatoires
Les experiences ont consiste a exciser un troncon de mesoderme somitique
d'un embryon-hote et a le remplacer par un troncon de mesoderme somitique
ortho- ou heterotopique, de meme longueur, preleve sur un embryon donneur.

Origine du segment sternal chez les oiseaux 293
(1) Preparation du greffort
Les blastodermes ont ete decoupes et places, a la temperature du laboratoire,
dans une solution de Earle sans calcium ni magnesium pendant environ 30
minutes. L'embryon-hote a ensuite ete debarrasse de son ectoderme et de son
endoderme a l'aide d'une aiguille de verre noir dans la region prevue pour le
prelevement du greffon. La longueur du greffon correspond a 3-6 somites
presomptifs. Les prelevements ont ete effectues sur des embryons de caille ou de
poulet ages de 15-26 paires de somites dans une zone comprise entre le 16°
somite et le 29e somite presomptifs. Dans la majorite des cas (71 sur 89), le
greffon a ete preleve juste en arriere du dernier somite forme. Dans quelques
cas, le greffon a ete preleve a une certaine distance (correspondant a 1-4 somites
presomptifs) en arriere du dernier somite forme (14 cas) ou a 2 somites en avant
de celui-ci (4 cas). Dans une serie experimentale (serie 6), le greffon preleve au
niveau de la region presomptive de la cage thoracique comportait a la fois le
cordon somitique et le mesoderme somatopleural adjacent sur une largeur
double de celle du cordon somitique.
(2) Preparation de V embryon-hote
Les embryons-hotes ont toujours ete des embryons de poulet prealablement
colores au rouge neutre (Hamburger, 1942). Apres resection de la membrane
vitelline, ils ont subi une excision unilateral d'une partie de leur mesoderme
somitique et de l'ectoderme susjacent a l'aide d'une aiguille de verre noir. Ces
excisions ont ete effectuees entre le niveau du lle somite et celui du 30° somite
presomptif. Lorsque l'excision a ete effectuee au niveau du cordon somitique,
ce dernier a pu generalement etre completement elimine, l'endoderme sous-
jacent restant seul en place. Par contre, Pextirpation d'un somite deja forme a
toujours ete plus ou moins incomplete (Yntema, 1970; Mauger, 1972a). C'est
pourquoi, le plus souvent, les experiences ont ete realisees au niveau du cordon
somitique.
(3) Transplantation du greffon
Afin de reconnaitre l'orientation du greffon au cours de la transplantation,
une marque de noir animal a ete deposee sur l'extremite anterieure dorsale de
chaque greffon. L'explant ainsi prepare a ete implante sur l'embryon-hote de
sorte que ses trois axes de polarite coincident avec ceux de l'hote, selon les
modalites suivantes:
(a) Serie 1: Greffes orthotopiques de territoire presomptif de cage
thoracique (somites presomptifs 19-26). Combinaisons caille-poulet exclu-
sivement (11 cas).
(b) Greffes heterotopiques de territoire presomptif de cage thoracique
posterieure (somites presomptifs 22-26).
Serie 2: en position cervicale posterieure (niveau des somites ou des
19-2

294 A. CHEVALLIER
somites presomptifs 12-16). Combinaisons caille-poulet (11 cas); combi-
naisons poulet-poulet (11 cas).
Serie 3: en position cervico-thoracique (niveau des somites presomptifs
16-21); combinaisons caille-poulet uniquement (17 cas).
Serie 4: en position thoraco-lombaire (niveau des somites presomptifs
24-30). Combinaisons caille-poulet exclusivement (12 cas).
(c) Serie 5: Greffes heterotopiques de territoire presomptif de cage tho-
racique anterieure (somites presomptifs 19-21) en position cervico-thoraco-
lombaire (niveau des somites presomptifs 17-29). Combinaisons caille-poulet
(5 cas); combinaisons poulet-poulet (17 cas).
(d) Serie 6: Greffes heterotopiques de territoire presomptif de cage thora-
cique posterieure (somites presomptifs 22-26) accompagne du mesoderme
somatopleural adjacent, en position cervico-thoracique. Combinaisons caille-
poulet uniquement (5 cas).
(B) Observations des resultats
Dans le cas d'associations homospecifiques poulet-poulet, tous les embryons
ont ete fixes au liquide de Bouin a 10 jours d'incubation (soit 8 jours apres
1'intervention), puis eclaircis suivant la methode de Lundvall qui permet la mise
en evidence du cartilage dans les embryons in toto. Par contre, dans le cas
d'associations heterospecifiques caille-poulet, certains embryons ont ete fixes
au liquide de Bouin et eclaircis selon la methode de Lundvall comme precedem-
ment (32 cas sur 61), tandis que les autres (29 cas) ont ete fixes, egalement a 10
jours d'incubation, au liquide de Helly pour etre ensuite coupes histologique-
ment a 7,5 /*m. Ces coupes, colorees par la reaction nucleate de Feulgen et
Rossenbeck, ont permis deproceder a la reconstitution dans
1'espace du squelette
vertebral et costal de l'embryon-hote (Figs. 1-4). Sur les coupes ainsi colorees,
les cellules de caille se reconnaissent aisement par leur noyau qui contient un ou
plusieurs volumineux granules fortement Feulgen-positifs (Le Douarin & Barq,
1969).
RESULTATS
Les protocoles experimentaux et les resultats sont consignes dans le tableau 1.
Pour chaque serie experimentale, on a note, du cote opere, le nombre de cotes
issues du greffon, leur composition (presence ou non du segment sternal), leur
niveau d'insertion sur l'embryon-hote exprime par le numero des vertebres qui
les portent. L'origine des cotes est attestee, soit par le controle histologique
(dans le cas des combinaisons caille-poulet), soit par la localisation et la mor-
phologie generale de l'equipement squelettique dans la zone operee (dans le
cas des embryons colores in toto pour la mise en evidence du squelette).

Tableau 1. Resultats des transplantations orthotopiques {serie 1) et heterotopiques {series 2-5) de mesoderme somitique et de
mesoderme somitique et somatopleural {serie 6)
Les chiffres indiquent,
a
chacun
des
niveaux
de
l'axe vertebral (metamerisation somitique:
Sll a S29;
metamerisation vertebrale: cervicale
C7
a
C14, thoracique
Tl a
T7, lombaire
LI a
L4),
le
nombre
de
segments vertebraux
{V) et
sternaux
{S) qui ont ete
obtenus.
I-
Serie
Niveau du prelevement pour le donneur Sll S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 %
(D)
et de l'implantation sur l'hote (H) Nb. *—,
,-•—-—,
^>_^_
(
__
v
__,
<—<-<
-v-—, .
<-*
—*
,-—,—'
<g
exprime
en
numero
de
somites,
de Qua-
CCCCCCCCTTTTTTTLL
LL^
presomptifs
ou
non
cas
lite
789 10 11 12 13 14
12345 671234^
1
D =
somites
19-26
11 V — — — — — — — — — 578 8 63 — — — — §•
H
=
somites
19-16
S
__________
5 7 8 3 2 — — — — ^
2
D =
somites 22-26
22 V 2 8 14 17 15 6 — — — — — — — — — — — — — ^
H
=
somites
12-16 5
__________
_ ____ _ ___ ^
3
D =
somites 22-26
17 V — — — — — 16 14 15 12 — — — — — — — — — {^
H
=
somites 16-21
S
_______
4 5
3__________
j^
4
D =
somites 22-26
12 V — — — — — — — — — — — — ] 4 8 12 8 5 1 ^
H
= somites 24-30 S
____________
\ 4 6 5 4 1 — S.
5
D =
somites 19-21
22 V — — — — — — 11
1146637
11 95— §
xx
—
somites
J
/—_y
*b ^-
6
D =
somites
+
somatopleure 22-26
5 V — — — — 2 4 4 5 4 2 — — — — — — — — —
H
=
somites
15-20 S _____ ] 3 5 3 2 — — —— — — — — —