Séquence 3 : Les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée chez les Mammifères et Spermaphytes

Thomas Hervé Mboa Nkoudou; Marius KIAM BITEP

3

Familles de situations :

Pérennité de l’espèce au sein du monde vivant.

Exemples de situations :

Problèmes liés au maintien de l’identité cellulaire.

Catégories d’actions :

Sensibilisation sur la nécessité des deux phénomènes biologiques complémentaires (méiose et fécondation) responsables de la pérennité de l’espèce.

Actions :

Observer les organes reproducteurs des mammifères et des spermaphytes
Expliquer la nécessité de la méiose lors de la formation des gamètes ;
Observer les cellules reproductrices des Mammifères et des Spermaphytes à différents stades de formation ;
Expliquer la nécessité de la méiose et de la fécondation dans la pérennisation de l’espèce.

Séquence 3 : Les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée chez les Mammifères et Spermaphytes.

Leçon 7. Structures et rôles des gonades chez les Mammifères et chez les Spermaphytes

7.1- Structure et rôle des gonades chez les mammifères

O.P.O : Schématiser les organes reproducteurs des mammifères

7.1.1- Structure et rôle du gonade mâle

O.P.O.I : décrire la structure des gonades mâles et donner leurs rôles

Activité 1 :

figure.1 coupe longitudinale d’un testicule(Partie 2 : Corps humain et Santé – A. Anatomie des testicules et Production de testostérone, s. d.)

Résumé :

Les testicules sont les gonades mâles des mammifères(« Testicule », 2020). D’un point de vue anatomique, les testicules sont coiffés par l’épididyme qui se prolonge par le spermiducte (ou canal déférent) dont le rôle est de transporter les spermatozoïdes. Les testicules apparaissent formés de longs tubes contournés et emmêlés : les tubes séminifères composés de cellules de Sertoli (ayant une fonction nutritive pour les spermatozoïdes). C’est dans leur paroi qu’a lieu la méiose à l’origine de la production des gamètes mâles. Les spermatozoïdes, lorsqu’ils sont formés, sont situés dans la lumière des tubes puis sont évacués par le spermiducte et l’urètre à chaque éjaculation. C’est dans les espaces laissés libres (= tissu interstitiel) entre ces tubes séminifères et les vaisseaux sanguins que se logent un autre type de cellules : les cellules de Leydig. Ces cellules sont responsables de la production de l’hormone sexuelle mâle, la testostérone qui peut ainsi librement diffuser dans le sang et exercer son action hormonale(Partie 2 : Corps humain et Santé – A. Anatomie des testicules et Production de testostérone, s. d.)

7.1.2- Structure et rôle du gonade femelle

O.P.O.I : décrire la structure des gonades femelles et donner leurs rôles

Activité 2 : Figure.2 Coupe longitudinale d’un ovaire(Camerounais, s. d.)

Résumé :

Les ovaires sont les gonades femelles des mammifères(« Ovaire », 2019). Au sein des ovaires, se trouvent des follicules ovariens qui libèrent l’ovocyte II au moment de l’ovulation. Les études histologiques (= études de la structure des tissus et des cellules) apportent l’information essentielle que la morphologie des follicules ovariens change au cours du cycle, jusqu’à la libération de l’ovule. A la suite de la rupture folliculaire, un corps jaune se forme. Ce dernier dégénère s’il n’y a pas eu fécondation. Le développement de ces follicules se déroule de manière cyclique de la puberté jusqu’à la ménopause. Cependant, la formation des follicules commence dès la vie embryonnaire au cours de laquelle les ovogonies, après une première division de méiose, se sont transformées en ovocytes I. Ces ovocytes s’entourent d’une couronne de cellules folliculaires et forment des follicules primaires. A chaque début de cycle, un follicule primaire sélectionné se développe en follicule secondaire. Lorsque les cellules folliculaires (constituant la granulosa) sont nombreuses, elles produisent un liquide qui s’accumule dans une cavité folliculaire (= antrum), le follicule devient un follicule tertiaire cavitaire et s’entoure d’une couche externe appelée thèque fibreuse. Ce follicule cavitaire augmente de taille et se présente alors comme une véritable « hernie » à la surface de l’ovaire après 14 jours : c’est un follicule de De Graaf (ou follicule mûr)(Partie 2 : Corps humain et Santé – A. Anatomie des testicules et Production de testostérone, s. d.)

7.2- Structure et rôle des gonades chez spermaphytes

O.P.O : Schématiser les organes reproducteurs des spermaphytes.

Les spermaphytes sont des plantes qui produisent des graines. On distingue les plantes à graines nues (Gymnospermes) et les plantes à graines enfermées dans un fruit (Angiospermes). Les parties fertiles de la fleur d’une plante produisant les gamètes sont : l’androcée qui est l’ensemble des étamines (partie mâle) et le gynécée ou pistil qui est constitué de plusieurs carpelle (partie femelle)(Les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée chez les mammifères, les spermaphytes, s. d.)

7.2.1- Anthère

O.P.O.I : décrire la structure des anthères et donner leurs rôles

Activité 3 : Figure 3. Structure de l’étamine(Camerounais, s. d.)

Résumé :

L’anthère est la partie fertile de l’étamine, constituée des sacs polliniques réunis en deux loges(« Étamine », 2019). C’est une structure déhiscente, c’est-à-dire qu’elle se rompt spontanément pour laisser visible son contenu, le pollen. Dans une section transversale d’une anthère, les couches suivantes sont observées de l’extérieur vers l’intérieur(Anthère, s. d.) :

l’épiderme ou exothécium, mince et continu. Parfois, il peut casser ou s’effondrer ou être interrompu.
le tissu mécanique ou endothécium, couche fibreuse sur les bords extérieurs des sacs polliniques. Parfois, il continue dans le connectif.
les 2 à 4 couches pariétales de cellules parenchymateuses, qui disparaissent rapidement écrasées, ou dégénèrent rapidement.
le tapetum ou tissu nutritif: le tapetum est une couche spécialisée de cellules nutritives trouvées dans le sporange, en particulier dans l’anthère, des plantes à fleurs, où il est situé entre le tissu « sporogène » et la paroi de l’anthère.

le tissu du sporangiospore constitue chaque sac pollinique. Les cellules du tissu « sporogène » forment par division mitotique les cellules souches du pollen ou microsporocytes, cellules assez volumineuses, avec un noyau volumineux.

7.2.2- Ovaire

O.P.O.I : décrire la structure des ovaires et donner leurs rôles

Résumé :

Le pistil , appelé aussi gynécée est l’appareil reproducteur femelle des fleurs(« Pistil », 2020). Un pistil comprend une partie renflée creuse, l’ovaire, prolongée par le style, terminé lui-même par le stigmate. La cavité ovarienne contient un ou plusieurs ovules, insérés sur le placenta. Les ovules peuvent avoir plusieurs positions : droit ou orthotrope, renversé ou anatrope, courbé ou campylotrope. La disposition des ovules dans l’ovaire est la placentation. Elle peut être pariétale (les ovules sont accolés aux parois), axile (tournés vers l’axe de l’ovaire) ou centrale (rassemblés au centre de l’ovaire). Dans un ovule, apparaît d’abord un mamelon appelé nucelle. Dans le nucelle d’un jeune ovule, on observe au voisinage du micropyle une grosse cellule diploïde : c’est la cellule mère du sac embryonnaire.

Leçon 8. Méiose et gamétogenèse

O.P.O : Expliquer la nécessité de la méiose lors de la formation des gamètes

8.1- Le phénomène de la méiose

O.P.O.I : Décrire le comportement des chromosomes au cours des différentes étapes de la méiose

Activité 1 :

figure.1a Comportement de chromosomes au cours de la méiose(Wikipedia, 2006)
Figure.1b Evolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose(Partie 1 : Structure, fonction et métabolisme de la cellule – C. Variation de la quantité d’ADN au cours de la méiose, s. d., p. 1)

Résumé :

La méiose est un ensemble de deux divisions cellulaires successives qui, à partir d’une cellule mère diploïde, donne naissance à quatre cellules filles haploïdes. La première division de méiose est la division réductionnelle et la deuxième est la division équationnelle. Les deux divisions cellulaires ne sont pas séparées par une synthèse de l’ADN. La méiose réalise la réduction chromatique c’est-à-dire la division par deux du nombre de chromosomes de la cellule mère(Camerounais, s. d., p. 1).

8.1.1 La première division de méiose : la division réductionnelle.

La division réductionnelle présente des particularités remarquables qui distinguent la méiose de la mitose. On définit les phases suivantes (exemple d’une cellule animale à 2n = 4 chromosomes) :

a- Prophase I.

C’est la phase la plus longue de la méiose. On distingue les faits caractéristiques suivants :

Individualisation des chromosomes à deux chromatides par condensation de la chromatine ;

Rapprochement puis appariement des chromosomes homologues ;

Formation des asters à partir du centrosome, début de formation du fuseau de division et dislocation de l’enveloppe nucléaire ;
Formation des bivalents ou paires de chromosomes homologues appariés

Apparition des figures en X appelées chiasmas au niveau des bivalents.

b- Métaphase I.

Pour chaque bivalent, les centromères des chromosomes homologues se placent de part et d’autre du plan équatorial. Les chiasmas glissent au bout des chromatides : c’est la terminalisation des chiasmas.

c- Anaphase I.

Il y a séparation des chromosomes homologues de chaque bivalent sans clivage ou division des centromères et migration vers chaque pôle d’un lot de n chromosomes à deux chromatides.

d- Télophase I.

Les chromosomes ne se décondensent pas totalement. Il y a séparation des deux cellules filles à n chromosomes à deux chromatides

8.1.2 La deuxième division de méiose : la division équationnelle.

Les aspects cytologiques de la deuxième division méiotique sont très comparables à ceux d’une mitose ordinaire. Elle fait immédiatement suite à la première division méiotique et comporte les phases successives suivantes :

a- Prophase II.

Elle débute immédiatement après la télophase de la première division méiotique, avec les chromosomes déjà condensés. Un nouveau fuseau de division se met en place dans chacune des deux cellules filles. La membrane nucléaire disparaît.

b- Métaphase II.

Les centromères des n chromosomes fissurés se disposent dans le plan équatorial ou plan médian du fuseau de division.

c- Anaphase II.

Les deux chromatides de chaque chromosome se séparent au niveau du centromère et chacune migre vers un pôle opposé du fuseau.

d- Télophase II.

Elle conduit à la reconstitution de quatre noyaux fils haploïdes.

8.1.3 Evolution de la quantité d’ADN au cours de la méiose

La première division, avec la séparation des chromosomes homologues, voit la quantité d’ADN par cellule diminuer par deux. Puis la seconde division, avec la séparation des chromatides de chaque chromosome, permet une seconde réduction par deux de la quantité d’ADN (passage d’une garniture chromosomique de certaines cellules de 2n à n)(Partie 1 : Structure, fonction et métabolisme de la cellule – C. Variation de la quantité d’ADN au cours de la méiose, s. d., p. 1)

8.2- La spermatogenèse chez les Mammifères et chez les Spermaphytes

O.P.O : Expliquer les principales étapes de la formation des gamètes chez les mammifères et les spermaphytes.

8.2.1- La gamétogénèse chez les Mammifères O.P.O.I : Expliquer la gamétogenèse chez les mammifères

Activité 2 : Figure 2. Gamétogenèse chez les mammifères(Camerounais, s. d., p. 1)

Résumé :

La spermatogenèse est la formation des gamètes mâles (spermatozoïdes). Elle commence à la puberté et se déroule de façon continue jusqu’à la fin de la vie. Elle a lieu dans les tubes séminifères des testicules. Les principales étapes de la spermatogenèse sont les suivantes :

i- Phase de multiplication.

A la périphérie des tubes séminifères, chaque cellule sexuelle souche ou spermatogonie se divise tous les 16 jours par mitose et engendre une spermatogonie souche et une spermatogonie entrant dans la voie de la spermatogenèse. Cela permet le maintien du stock des spermatogonies. Toutes ces cellules sont diploïdes.

ii- Phase de croissance.

Certaines spermatogonies augmentent de taille et deviennent des spermatocytes I diploïdes. Ces derniers progressent vers la lumière du tube séminifère.

iii- Phase de maturation (2 semaines environ).

Au cours de cette phase se déroule la méiose, ensemble de deux divisions affectant le spermatocyte I et aboutissant à quatre spermatides haploïdes chacun.

iv- Phase de différenciation ou spermiogenèse (3 semaines environ).

Chaque spermatide, cellule morphologiquement banale, se transforme en un spermatozoïde. Ces transformations consistent en :

Une polarisation des organites cellulaires ;

Une expulsion de la majeure partie du cytoplasme sous forme de gouttelettes ;

Une formation de l’acrosome par fusion des vésicules des dictyosomes ;

Une formation d’un flagelle à l’un des pôles à partir du centriole distal.

Le jeune spermatozoïde libéré dans la lumière du tube séminifère est entraîné vers l’épididyme où il achèvera sa maturation.

L’ovogenèse est la formation du gamète femelle. Elle est calquée dans ses grandes lignes sur la spermatogenèse. On retrouve la succession chronologique des stades cellulaires suivants : ovogonies, ovocytes I, ovocytes II, ovotide et ovule.

8.2.2- La gamétogenèse chez les Spermaphytes

O.P.O.I : Expliquer la gamétogenèse chez les spermaphytes

Activité 3 : Figure 3 Gamétogenèse chez les spermaphytes(Cours de Biologie Végétale La reproduction chez les Spermaphytes, s. d.)

Résumé :

La pollinogenèse est la formation des grains de pollen dans les anthères des jeunes étamines (organes reproducteurs mâles de la plante). L’observation d’une coupe transversale des anthères montre que chaque étamine contient quatre massifs de larges cellules à noyaux volumineux et diploïdes : ce sont des cellules mères de grains de pollen. Chaque cellule mère subit la méiose I et produit deux microspores haploïdes qui subissent à leur tour la méiose II pour donner quatre tétraspores haploïdes. Chaque tétraspore subit ensuite une endomitose (division du noyau non suivie d’une division du cytoplasme) pour donner un jeune grain de pollen à deux noyaux haploïdes : un noyau reproducteur et un noyau végétatif. Enfin, chaque grain de pollen se déshydrate, dédouble sa paroi en une membrane interne appelée intine et une membrane externe appelée exine.

Dans un ovule, apparaît d’abord un mamelon appelé le nucelle. Dans le nucelle d’un jeune ovule, on observe au voisinage du micropyle une grosse cellule diploïde : c’est la cellule mère du sac embryonnaire. Elle subit la méiose et donne quatre cellules filles haploïdes appelées méga ou macrospores dont trois dégénèrent (macrospores stériles). La quatrième macrospore (macrospore fertile) s’accroît, subit trois endomitoses successives pour engendrer huit cellules haploïdes. A ce stade, cette « cellule » prend une organisation définitive pour devenir un sac embryonnaire à savoir :

Au pôle micropylaire, on retrouve la cellule reproductrice : l’oosphère, flanquée de deux autres cellules appelées synergides ;

Au pôle opposé au micropyle, se trouve trois cellules antipodes ;

Au centre du sac embryonnaire, on a deux cellules : ce sont les « noyaux » du sac ou noyaux secondaires ou noyaux centraux ou cellule centrale.

Leçon 9. Fécondation chez les Mammifères et chez les Spermaphytes

O.P.O : Décrire les étapes de fécondation dans chaque cas et comparer.

Chez tous les êtres vivants qui se reproduisent par voie sexuée, la fécondation comporte les étapes suivantes :

Rapprochement des gamètes ;

Pénétration du gamète mâle ;

Caryogamie ou fusion des noyaux mâle et femelle (fécondation proprement dite).

9.1- Rapprochement des gamètes

Résumé :

Pour que la fécondation ait lieu, il faut que les gamètes mâles et femelles se rencontrent. Chez les Mammifères, cette rencontre est facilitée par :

Le rapprochement des sexes ;
L’accouplement ;
La mobilité du spermatozoïde ;
Les contractions de la paroi et la vibration des cils qui tapissent la paroi des voies génitales féminines.

Chez les Spermaphytes, la rencontre entre le gamète mâle et le gamète femelle nécessite une pollinisation c’est-à-dire un transfert de pollen de l’étamine d’une fleur au stigmate du pistil (chez les angiospermes) ou à l’ovule (chez les gymnospermes) de la même fleur (pollinisation directe ou autogamie) ou d’une fleur différente (pollinisation croisée ou allogamie). Les agents de la pollinisation sont variés : le vent (pollinisation anémophile), l’eau (pollinisation hydrophile), les insectes (pollinisation entomophile), l’homme(pollinisation artificielle)….La pollinisation est suivie du développement du tube pollinique toujours en direction du micropyle. Cette croissance du tube pollinique est assurée par le noyau végétatif du grain de pollen.

9.2- Pénétration du gamète mâle et caryogamie

9.2.1 Chez les Mammifères.

O.P.O.I : Expliquer la pénétration du spermatozoïde dans le cytoplasme ovocytaire

La pénétration du gamète mâle, prélude à la fusion des noyaux, se fait suivant le mécanisme ci-après :

Figure.1 étapes de la fécondation chez les mammifères(Camerounais, s. d., p. 1)

9.2.1.1- EVOLUTION DU TAUX D’ ADN AU COURS DE LA FÉCONDATION.

O.P.O.I : Interpréter la courbe d’évolution de la quantité d’ADN par lot de chromosomes au cours de la fécondation

L’évolution de la masse totale d’ADN que contient l’ovocyte II au cours de la fécondation permet de construire le graphe suivant : Figure.2 Courbe de variation de la quantité d’ADN de l’Ovocyte II au cours de la fécondation(Camerounais, s. d., p. 1)

Interprétation :

Le segment AB représente la phase où l’on a un ovocyte II à n chromosomes à deux chromatides chacun.
Le segment BC traduit l’entrée d’une masse Q/2 d’ADN, ce qui équivaut à l’entrée brusque (l’irruption) d’un spermatozoïde avec n chromosomes à une chromatide chacun.
Le segment CD correspond au rapprochement des pronucléi et à l’activation de l’ovocyte II.
Le segment DE traduit la perte d’une masse Q/2 d’ADN correspondant à un jeu de n chromosomes à une chromatide chacun. Ceci ne peut être dû qu’à l’expulsion du second globule polaire. Le segment EF correspond à une masse Q d’ADN, ce qui est dû aux n chromosomes non dupliqués apportés par l’ovotide.
Le segment FG traduit la duplication de la masse d’ADN, ce qui prépare la première mitose de la cellule œuf.

9.2.2 Chez les spermaphytes

O.P.O.I : Expliquer le phénomène de double fécondation chez les Spermaphytes

Activité 3 : Figure 3. double fécondation chez les spermaphytes(Cours de Biologie Végétale La reproduction chez les Spermaphytes, s. d.)

Résumé :

Après pollinisation, le pollen germe sur le stigmate et la cellule végétative forme la tube pollinique qui transporte 2 noyaux ; il traverse le style et l’ovaire pour arriver à l’ovule. Ce tube permet le transport de 2 gamètes mâles (anthérozoïdes) jusqu’au niveau de sac embryonnaire. Il pénètre par la suite entre l’oosphère et une synergide. Le noyau végétatif du grain de pollen dégénère alors et l’extrémité du tube pollinique se déchire déversant par le fait même ses 2 anthérozoïdes dans le sac embryonnaire. Chez les angiospermes le fécondation est particulière en ce sens qu’elle consiste en une double fécondation. En effet, un des anthérozoïdes féconde l’oosphère et donne un zygote (zygote principal ou embryon à 2n) et l’autre s’unit aux 2 noyaux polaires pour donner un noyau triploïde (zygote accessoir à 3n). Cette dernière cellule va subir de très nombreuses mitoses pour donner naissance à un tissu de réserve albumen qui servira au développement de l’embryon.

Références et bibliographie

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