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« De l'oeuf à la grenouille »
La fécondation : de l'ovocyte à l'oeuf
Dans la nature, les xénopes s'accouplent au moment de la saison des pluies dans les étangs sud africains. En laboratoire l'accouplement peut être obtenu toute l'année par stimulation hormonale. Le mâle, plus petit que la femelle, s'accroche à celle-ci au niveau de la ceinture pelvienne. On parle d'amplexus lombaire (fig.5). Les produits génitaux sont émis simultanément. La femelle libère ses ovocytes par lots de quelques dizaines et ils sont immédiatement fécondés par le mâle. La fécondation est donc externe. Cette particularité, très fréquente chez les vertébrés aquatiques de type poisson et semi aquatique comme les amphibiens, permet de réaliser aisément la fécondation artificielle en laboratoire. La possibilité d'obtenir des oeufs toute l'année et d'effectuer la fécondation de manière expérimentale a contribué à favoriser les amphibiens en général et le xénope en particulier comme système modèle pour l'étude du développement embryonnaire des vertébrés.
 

 

 Figure 5. Accouplement de Xénope.

Photo M. Delarue. L'OEUF DE BATRACIEN - SFRS - UPMC - CNRS I/M - 2003

 
La réalisation de la fécondation artificielle au laboratoire présente l'avantages de pouvoir féconder au même moment un même lot d'ovocyte. Le moment où la suspension de spermatozoïdes est déposée sur les ovocytes compte comme temps initial. La chronologie des événements qui s'en suit est notée par rapport à cette origine. Dans ces conditions les embryons se développent de manière synchrone et des expériences eventuelles peuvent ainsi se référer au développement normal d'embryons témoins.
Les spermatozoïdes traversent les couches de gangues mucilagineuses qui entourent l'ovocyte. Parmi ceux-c,i un seul est fécondant (Fig.6).
Figure 6. Progression du spermatozoïde vers l'ovocyte, à travers les gangues. Photo M. Delarue. L'OEUF DE BATRACIEN - SFRS - UPMC - CNRS I/M - 2003

le spermatozoïde fécondant déclenche une série de mécanismes cytoplasmiques corticaux qui modifient la membrane plasmique et empèchent la fusion de cette dernière avec d'éventuels spermatozoïdes surnuméraires. C'est le blocage de la polyspermie.

La rotation d'équilibration

Une demi-heure après la pénétration du spermatozoïde, l'ovocyte de xénope s'est orienté en fonction de la pesanteur. L'hémisphère végétatif, plus dense, a basculé vers le bas, laissant apparaître à l'observateur l'hémisphère animal pigmenté (fig.7 et 8, voir l'animation).

 

Figure 7. la disposition aléatoire des ovocytes les montre sous leurs différents aspects.
Figure 8. Même vue que la figure 6 une demie heure
après la fécondation. La rotation d'équilibration a eu
lieu et les ovocytes fécondés se présentent tous, pôle animal vers l'observateur.

L'une des raisons de ce retournement de l'ovocyte tient à la transformation de la membrane vitelline. Environ 25 minutes après la pénétration du spermatozoïde, la structure de la membrane vitelline se modifie pour former la membrane de fécondation. Entre celle- ci et la membrane plasmique apparaît alors un espace appelé espace périvitellin (fig.9). L'ovocyte, jusqu'alors solidaire de ses enveloppes, devient libre dans son espace périvitellin. Son centre de gravité étant situé dans l'hémisphère végétatif, l'ovocyte bascule, pôle végétatif vers le bas, obéissant ainsi à la loi de la gravitation (G).
En conséquence, une demi-heure après l'entrée du spermatozoïde, tous les ovocytes se présentent à l'observateur, pôle animal vers le haut (fig.8et9)

 
 Figure 9. Schéma représentant la progression de la rotation d'équilibration (1 à 5). Un détail met en évidence la création de l'espace périvitellin qui désolidarise l'ovocyte de ses enveloppes. PA: Pôle Animal, PV: Pôle Végetatif. (Voir l'animation)

 
La rotation de symétrisation
Encore appelée rotation corticale ou réaction corticale de symétrisation, la rotation de symétrisation est l'événement fondateur dans l'acquisition de la polarité dorsoventrale. Environ 1 heure après la pénétration du spermatozoïde, la calotte pigmentaire de l'hémisphère animal se contracte vers le point d'entrée du spermatozoïde. Il en résulte la formation d'une zone plus claire située à l'opposé du point d'entrée du spermatozoïde, appelée croissant dépigmenté ou croissant gris. Cette structure marque la future face dorsale de l'embryon (fig.10 et 11). Dans le même temps, l'anneau équatorial ainsi que la tache de maturation, s'estompent (voir l'animation). Les deux zones respectivement très et peu pigmentées des hémisphères animal et végétatif deviennent alors contigües.
Figure 10. Schéma représentant la progression de la rotaion de symétrisation (1 à 6). La calotte pigmentaire de l'hémisphère animal bascule vers le point d'entrée du spermatozoïde laissant à l'opposé de celui-ci des traînées de pigment cortical qui affectent la forme d'un croissant (6), d'où le terme de croissant dépigmenté ou croissant gris (CG). Après cet événement, la future région dorsale de l'embryon apparaîtra du côté le plus clair de l'oeuf fécondé. Inversement, à l'opposé, la face sombre correspondra à la future région ventrale. D: face dorsale, PA: Pôle Animal, PV: Pôle Végetatif, V: face ventrale. (voir l'animation)
 
 
 
 
 Figure 11. Détail d'un oeuf de Xénope vu par l'hémisphère animal. On perçoit nettement une région claire à l'origine de la région dorsale de l'embryon, et une région plus sombre située à l'opposé de la précédente, à l'origine de la future face ventrale.

Dans le même temps, les mouvements cytoplasmiques corticaux uniformisent la coloration de l'hémisphère animal. Ainsi, la tache de maturation de l'ovocyte secondaire située au pôle animal s'estompe et peut même disparaître (fig.12).

Figure 12. Ovocyte secondaire (à gauche), oeuf fécondé (à droite).
Pendant toute cette période, la pénétration du spermatozoïde à déclenché la reprise de la méiose qui s'achève par l'émission du deuxième globule polaire (fig.13).
 
 

 
 Figure 13. Etapes successives de la fécondation qui conduit l'ovocyte secondaire à l'oeuf fécondé.GP1: 1er globule polaire, GP2: 2è globule polaire, PA: Pôle animal, Pf: Pronucleus femelle, Pm: Pronucleus mâle, PV: Pôle végétatif, Spz: Spermatozoïde.
L'ovocyte haploïde ayant émis ses deux globules polaires est aussi appelé ovotide. Le noyau prend le nom de pronucléus femelle. Le pronucléus mâle vient à la rencontre du pronucléus femelle pour former le noyau de fécondation ou zygote (fig.13).
 
Au total, une heure après la fécondation, l'oeuf de xénope possède potentiellement, une polarité antéropostérieure ainsi qu'une polarité dorsoventrale. La première est définie par l'ovocyte au terme de sa croissance, la deuxième est imposée par l'entrée du spermatozoïde lors de la fécondation. La combinaison des deux polarités définit le plan de symétrie bilatérale ou plan médian (fig.14).
 

 Figure 14. Acquisition des axes de polarité chez le Xénope. Comparaison entre l'ovocyte avant la fécondation et l'oeuf fécondé une heure après l'entrée du spermatozoïde. Ant: Antérieur, D: Dorsal, Post: Postérieur, V: Ventral.
 
Une heure et demi à deux heures après la fécondation, apparaît le premier plan de clivage.

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Michel Delarue
 
Dernières modifications : 20 octobre 2004
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