L'article suivant explore en détail les étapes complexes du développement embryonnaire d'un œuf fécondé, en considérant divers aspects tels que la fécondation, la culture embryonnaire, la segmentation, la gastrulation, la neurulation et l'organogenèse. Nous aborderons également les facteurs qui influencent le développement embryonnaire, tels que la température, l'humidité et le stockage des œufs, en nous appuyant sur des exemples concrets tirés d'études sur les œufs de poule et le modèle xénope.
Fécondation et Premiers Clivages
Tout commence par la fécondation, la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovocyte. L'œuf qui résulte de la fécondation, appelé zygote, subit ensuite des clivages. Les premiers clivages du zygote débutent environ 5 heures après la fécondation, au moment où il atteint l’utérus, et continuent pendant environ 11 heures. Ces clivages répondent à un modèle extrêmement variable chez l’embryon, mais ils débutent toujours par la formation d’un sillon dans la zone centrale du germe. Les 5 ou 6 premières divisions cellulaires suivent verticalement ce sillon. La partie inférieure de celui-ci s’étend par la suite latéralement séparant ainsi les cellules centrales du germe du jaune. C’est le tout début de la formation de la cavité subgerminale.
Après environ 11 heures de clivage, le disque cytoplasmique au sommet du jaune se transforme en un disque opaque d’environ 5 ou 6 cellules de profondeur. C’est le stade VI de la classification d’Eyal-Giladi H. et Kochav S. La formation de l’aire pellucide (area pellucida) débute au stade VII, environ 12-14 heures après que l’œuf ait pénétré l’utérus. Elle se traduit par la migration progressive d’un certain nombre de cellules faisant face à la cavité subgerminale, vers le fond de celle-ci. Le processus continue encore pendant 8 ou 9 heures pour atteindre, au stade X du développement embryonnaire, une aire pellucide d’une seule cellule d’épaisseur et une aire opaque (area opaca) clairement définie. Pendant ce stade, on observe également sur la partie inférieure du blastoderme, la formation de groupes de cellules et une zone, tout à l’arrière, non impliquée dans cette transformation.
Au terme de la fécondation, l’œuf se divise en 2 cellules, puis 4, puis 8, et ainsi de suite. Il y aura environ 200 cellules au bout d’une semaine. Tous ces stades, depuis le 1er jour (2 cellules) jusqu’au 2ème mois, portent le nom d’embryon.
Culture Embryonnaire in Vitro
La culture des embryons se fait dans des petites gouttes (20 µl) de milieu de culture déposées au fond d’une boîte de Pétri et recouvertes d’huile pour éviter l’évaporation, limiter les échanges gazeux et protéger des contaminations. Les boîtes sont gardées dans un incubateur dont la température est fixée à 37°C et dont l’air est enrichi en CO2 (5%). Pour éviter de les perturber, l’observation des embryons au microscope est limitée au strict minimum. Au bout de 48 heures d’incubation, l’aspect de l’œuf fécondé est déjà tout différent. C’est déjà un embryon que l’on peut transférer dans l’utérus maternel.
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De manière très imparfaite, au bout de 2 jours de culture, au vu de leur aspect morphologique, on peut repérer les embryons issus d’ovocytes immatures. La notation est de 1 pour un embryon typique et de 2 pour un non typique. Au cours des divisions cellulaires, des fragments (petits morceaux de cellules) peuvent se constituer.
Coculture et Stade Blastocyste
L'utilisation de la coculture, permet de cultiver les embryons jusqu’à 5/6 jours jusqu’au stade de blastocyste. L’avantage est que seuls les meilleurs parviennent à ce stade et qu’ils sont mieux synchronisés avec le processus physiologique. Leur taux de succès est plus élevé. Certains centres le pratiquent plus souvent que d’autres. Avec les incubateurs traditionnels, le suivi des embryons se réalise au travers d’un microscope optique, c’est pourquoi il est nécessaire de sortir les embryons de l’incubateur.
Éclosion Embryonnaire
Au terme du cinquième jour environ, l’embryon se libère de la zone pellucide (coque protectrice) qui l’enveloppe. L’embryon fait éclater cette enveloppe par une suite de contractions d’expansion (expansion contractions). Il est aidé par des enzymes qui dégradent la zone pellucide au pôle anti-embryonnaire (le pôle qui se trouve à l’opposé de l’embryon). Ces contractions d’expansion rythmiques permettent à l’embryon de s’extraire de l’enveloppe rigide.
Étapes du Développement Embryonnaire chez le Xénope
Le modèle xénope est représentatif des vertébrés en ce qui concerne les grandes étapes successives du développement.
- Fécondation : Fusion d'un spermatozoïde et d'un ovocyte.
- Clivage : L'œuf se clive en plusieurs centaines puis milliers de cellules. C'est la période de clivage au terme de laquelle l'embryon devient une blastula.
- Gastrulation : Période de mouvements cellulaires intenses qui remanient et redistribuent les tissus à l'intérieur de l'embryon. C'est la gastrulation. L'embryon devient une gastrula.
- Neurulation : Après la gastrulation, d'autres mouvements morphogénétiques dorsaux élaborent le futur système nerveux. C'est la neurulation.
- Organogenèse : L'organogenèse initiée par la neurulation, s'amplifie avec l'apparition des autres ébauches d'organes qui modèlent le corps de l'embryon au stade du bourgeon caudal.
- Période Larvaire : L'éclosion, la prise de nourriture et la croissance caractérisent la période larvaire. La larve porte le nom de têtard.
- Métamorphose : La période larvaire est sanctionnée par une métamorphose au cours de laquelle la queue régresse, les pattes s'épaississent, le régime alimentaire se modifie. Le têtard se transforme en grenouille.
Il faut compter environ 10 h pour le clivage, une dizaine d'heures pour la gastrulation, moins de 10h pour la neurulation et environ 48h pour l'organogenèse. En 3 jours l'embryon de xénope sort de ses gangues au moment de l'éclosion. Ensuite, il faut compter en semaines pour la période larvaire (environ 5 à 6), puis en mois de la métamorphose à l'état adulte (6 à 12).
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Développement Embryonnaire de l'Oeuf de Poule
Fécondation et Formation de l'Oeuf
Pour qu’une poule puisse se reproduire, ses œufs doivent absolument être fécondés. Le coq se livre à une parade nuptiale afin de séduire sa belle, qui s’accroupit en guise de consentement. Le mâle tout émoustillé la chevauche alors pour lui transmettre sa semence. Une seule copulation entre un coq et une poule permet de féconder tous les ovules stockés dans le follicule ovarien, avant qu’ils ne soient libérés vers l’utérus de la poule.
L’œuf est fertilisé dans l’infundibulum, peu de temps après l’ovulation. Les premiers clivages du zygote débutent environ 5 heures après la fécondation, au moment où il atteint l’utérus. Ils continuent pendant encore environ 11 heures. Les clivages répondent à un modèle extrêmement variable chez l’embryon mais ils débutent toujours par la formation d’un sillon dans la zone centrale du germe. Les 5 ou 6 premières divisions cellulaires suivent verticalement ce sillon. La partie inférieure de celui-ci s’étend par la suite latéralement séparant ainsi les cellules centrales du germe du jaune. C’est le tout début de la formation de la cavité subgerminale. Le rythme des divisions mitotiques est extrêmement élevé durant cette période : elles alternent des phases verticales et horizontales.
Après environ 11 heures de clivage, le disque cytoplasmique au sommet du jaune se transforme en un disque opaque d’environ 5 ou 6 cellules de profondeur. C’est le stade VI de la classification d’Eyal-Giladi H. et Kochav S. La formation de l’aire pellucide (area pellucida) débute au stade VII, environ 12-14 heures après que l’œuf ait pénétré l’utérus. Elle se traduit par la migration progressive d’un certain nombre de cellules faisant face à la cavité subgerminale, vers le fond de celle-ci. Le processus continue encore pendant 8 ou 9 heures pour atteindre, au stade X du développement embryonnaire, une aire pellucide d’une seule cellule d’épaisseur et une aire opaque (area opaca) clairement définie.
C’est généralement au stade X du développement embryonnaire que l’œuf est pondu : l’embryon contient de 40 000 à 60 000 cellules, son diamètre varie de 3 à 4 mm, et l’axe antéropostérieur y est clairement défini.
Facteurs Influençant le Développement Embryonnaire de l'Oeuf de Poule
Plusieurs facteurs peuvent influencer le développement embryonnaire de l'œuf de poule :
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- Âge du troupeau : Plus le troupeau est âgé, plus le stade de développement embryonnaire au moment de l’oviposition est avancé.
- Poids des poules : Les troupeaux de poids élevé en période d’élevage ont tendance à pondre des œufs à un stade plus précoce que ceux élevés à des poids plus faibles.
- Position de l’œuf dans la série : Les premiers et derniers œufs de la série ont tendance à être pondus à un stade plus avancé que ceux du milieu de la série.
- Type de nid : Les œufs pondus dans des nids manuels sont souvent à un stade plus avancé de développement que ceux pondus dans des nids automatiques ou dans des cages.
Stockage et Conservation des Oeufs
Malheureusement, on connaît encore assez mal tous les mécanismes qui régissent la survie des embryons lorsque les œufs fécondés sont stockés.
Il semble que le stade X du développement embryonnaire résiste moins bien que les stades XII (Reijrink I., 2009) ou XIII (Fasenko G.M. et al, 2003a). Il s’agit là de stades où l’hypoblaste et l’épiblaste sont encore en cours de formation (stade XII), ou complètement formés (stade XIII).
En conditions naturelles, la poule n’a pas tendance à garder les œufs à une température constante. Au contraire, à chaque fois qu’elle pond un nouvel œuf, elle le réchauffe, lui, et celui ou ceux pondus les jours précédents. Il est possible que cette couvaison, aussi courte et intermittente soit-elle, vise à amener les embryons à un stade plus avancé de développement et à favoriser ainsi la régénération des cellules mortes pendant le stockage.
La technique de pré-incubation consiste en la mise en incubation des œufs, dès leur arrivée au couvoir et avant leur passage en salle de stockage, à une température de 37,7-37,8°C et pendant une période de 6 heures.
Le « zéro physiologique », température à laquelle le développement embryonnaire cesse, reste encore mal connu.
La cuticule organique recouvrant la coquille forme, au niveau des pores, des plaques parcourues de fissures qui s’élargissent au cours du vieillissement de l’œuf et permettent les échanges gazeux entre celui-ci et l’air ambiant. La perte d’eau se fait par évaporation en fonction de cinq paramètres qui sont : la durée de conservation, la température et l’humidité de l’air ambiant, la surface et la porosité de la coquille.
Au moment de la ponte, le CO2 contenu dans l’albumen s’échappe progressivement. Le rythme de libération du CO2 va surtout dépendre du pouvoir tampon de l’albumen (qui atteint son minimum lorsque le pH varie entre 7,0 et 9,0), mais également de la température ambiante, de la conductance de la coquille, de la durée du stockage et de l’environnement gazeux autour de l’œuf. Les déperditions entraînent une élévation du pH de l’albumen. L’élévation du pH est importante et nécessaire : non seulement parce que le développement embryonnaire précoce est régi par des enzymes pH dépendantes, mais également parce que le pH alcalin qui en résulte, protège l’embryon d’éventuelles attaques bactériennes.
Au cours du stockage, le pH de l’albumen passe donc rapidement d’environ 7,6 à 9,0 ou 9,2 et cette modification entraîne une augmentation progressive de la perméabilité de la membrane vitelline. La fragilisation de la membrane vitelline expose donc l’embryon à des pH fortement alcalins et il est suggéré que ceux-ci puissent être responsables de mortalités embryonnaires précoces.
La température a un effet notable sur l’embryon : même si l’œuf est conservé à une température inférieure à celle du « zéro physiologique », et même si aucun changement morphologique majeur n’est observé pendant le stockage, l’incidence de cellules apoptotiques (qui initient leur processus d’autodestruction) ou nécrotiques semble augmenter au fur et à mesure que la durée du stockage et la température augmentent.
Il est malgré tout admis que les pertes en eau pendant le stockage doivent être maîtrisées. Deeming D. (2000) suggère que le retournement permettrait à l’embryon d’être exposé à des sources nouvelles de nutriments et que ceci lui conférerait la capacité de mieux résister à des périodes de stockage prolongées. En absence de retournement, l’embryon serait exposé à un environnement unique, peut-être très rapidement dégradé par le métabolisme embryonnaire. Le retournement permettrait donc à l’embryon d’avoir accès à de nouvelles sources d’énergie.
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