3 : Les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée chez les mammifères et les spermaphytes

# 3 : Les mécanismes fondamentaux de la reproduction sexuée chez les mammifères et les spermaphytes ## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À l’issue de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Décrire la structure et le rôle des gonades chez les mammifères et les spermaphytes. - Expliquer les étapes de la méiose et son importance dans la formation des gamètes. - Détailler les processus de gamétogenèse chez les mammifères (spermatogenèse et oogenèse) et chez les spermaphytes (formation du pollen et du sac embryonnaire). - Analyser les mécanismes de la fécondation chez les mammifères et chez les spermaphytes. - Interpréter des préparations microscopiques liées à la méiose et à la gamétogenèse. - Réaliser et analyser des dissections de fleurs d’angiospermes et de mammifères pour identifier les organes reproducteurs. - Intégrer les connaissances acquises dans une vision globale de la reproduction sexuée chez les deux groupes. **Prérequis** : Connaissances de base en cytologie (mitose, structure cellulaire), en histologie (tissus), en botanique (organes de la fleur, types de plantes) et en zoologie (système reproducteur masculin et féminin chez les vertébrés). Maîtrise du vocabulaire scientifique de base (gamète, zygote, haploïde, diploïde). --- ## I. Séance 9 : Structures et rôles des gonades chez les mammifères ### Définition et localisation des gonades chez les mammifères > Les gonades sont les organes sexuels primaires qui produisent les gamètes et sécrètent les hormones sexuelles. Chez les mammifères, les testicules sont les gonades mâles situés dans le scrotum, et les ovaires sont les gonades femelles situés dans la cavité pelvienne. **Structure des testicules** : - Enveloppe : tunique albuginée (conjonctif dense). - Compartiments : lobules testiculaires contenant les séminifères tubules (site de spermatogenèse) et les cellules de Leydig (interstitiel, sécrétion de testostérone). - Réseau canalaire : tubules séminifères → réseau testis → canaux déférents. **Structure des ovaires** : - Enveloppe : épithélium germinal, tunique albuginée, stroma ovarien. - Compartiments : cortex (contient les follicules ovariens à différents stades de développement) et médiane (vaisseaux, nerfs). - Le follicule ovarien mature (follicule de Graaf) contient l’ovocyte secondaire entouré de cellules de la granulosa et d’une antrum remplie de liquide folliculaire. **Rôles des gonades** : - **Testicules** : production de spermatozoïdes (spermatogenèse) et sécrétion de testostérone (androgène) par les cellules de Leydig. - **Ovaires** : production d’ovocytes (oogenèse) et sécrétion d’œstrogènes et de progestérone par les cellules de la granulosa et du corps jaune. > La stéroïdogenèse gonadale est régulée par l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadien : GnRH → LH/FSH → stéroïdes. ### TP N°4 : Dissection d’un mammifère et observation des organes reproducteurs **Objectif** : Identifier et décrire les organes reproducteurs internes et externes chez un mammifère (ex. : rat, lapin). **Procédure** : 1. Anesthésier l’animal selon protocole éthique. 2. Incision médiane ventrale du pubis au thorax. 3. Exposition de la cavité abdominale et pelvienne. 4. Chez le mâle : localisation des testicules dans le scrotum, des épididyme, des canaux déférents, des vésicules séminales, de la prostate et de l’urètre pénien. 5. Chez la femelle : localisation des ovaires dans la cavité pelvienne, des trompes de Fallope (oviductes), de l’utérus et du vagin. 6. Observation macroscopique : taille, forme, consistance, couleur. 7. Prélèvement d’un fragment de testicule ou d’ovaire pour préparation histologique (coloration H&E) afin d’observer les tubules séminifères ou les follicules à différents stades. **Résultats attendus** : - Chez le mâle : tubules séminifères épais avec spermatogonies à la périphérie et spermatozoïdes au lumen. - Chez la femelle : follicules primordiaux, primaires, secondaires et follicule de Graaf avec ovocyte secondaire et antrum. **Exercice d’application corrigé** : *Un élève observe une coupe histologique de testicule. Il voit des cellules volumineuses au centre des tubules avec un petit noyau et beaucoup de cytoplasme. Que sont ces cellules ?* **Réponse** : Ce sont des spermatozoïdes. Leur morphologie (tête nucléée, milieu riche en mitochondries, flagelle) est caractéristique de la spermiogenèse achevée. *Une coupe d’ovaire montre un follicule avec une grande cavité remplie de liquide et un ovocyte excentré entouré d’une couche de cellules. Quel est le stade de ce follicule ?* **Réponse** : Follicule de Graaf (follicule préovulatoire mature). --- ## II. Séance 10 : Structures et rôles des gonades chez les spermaphytes ### Définition et localisation des gonades chez les spermaphytes > Chez les spermaphytes (plantes à graines), les gonades sont réduites à des structures situées dans la fleur : l’étamine (organe mâle) produit les gamètes mâles (cellules spermatiques) via le pollen, et le pistil (organe femelle) contient l’ovaire qui produit le gamète femelle (ovule) dans le sac embryonnaire. **Structure de l’étamine** : - Anthère : sac pollinique contenant les loges polliniques (généralement 4, issues de la méiose des cellules archespores). - Chaque loge contient des microspores qui donnent naissance à des grains de pollen après mitose. - Le grain de pollen mature est composé de : - Une cellule végétative (tube pollinique). - Une cellule générative (qui se divisera en deux cellules spermatiques). **Structure du pistil** : - Ovaire : contient un ou plusieurs ovules. - Chaque ovule comporte : - Nucelle : tissu maternel. - Integuments : entourent le nucelle, laissent un micropyle. - Sac embryonnaire (gamétophyte femelle) : issu de la méiose d’une cellule archespores du nucelle (méga-spore mère), suivi de 3 mitoses libres → 7 cellules, 8 noyaux : - 1 ovule (cellule œuf). - 2 cellules synergides. - 3 cellules antipodales. - 1 cellule centrale avec 2 noyaux polaires. **Rôles des gonades** : - **Étamine** : production et dispersion du pollen (gamètes mâles). - **Pistil** : réception du pollen, croissance du tube pollinique, délivrance des cellules spermatiques près du sac embryonnaire pour la fécondation double. > Chez les angiospermes, la fécondation est double : un spermatozoïde féconde l’ovule pour former le zygote (2n), l’autre fusionne avec les deux noyaux polaires pour former le noyau primaire de l’endosperme (3n). ### TP N°5 : Dissection d’une fleur d’angiosperme et observation des organes reproducteurs **Objectif** : Identifier les étamines et le pistil, observer la morphologie du pollen et préparer un montage du sac embryonnaire. **Procédure** : 1. Prendre une fleur complète (ex. : lis, tulipe, tournesol). 2. Détacher les sépales et pétales (périanthe). 3. Isoler les étamines : compter, observer l’anthère et le filament. 4. Ouvrir l’anthère pour observer le pollen au microscope optique (coloration à l’acétocarmin ou au bleu de méthylène). 5. Isoler le pistil : séparer le stigmate, le style et l’ovaire. 6. Ouvrir l’ovaire pour observer les ovules. 7. Préparer un montage d’un ovule jeune : dissection douce, écrasement léger sous lame couvre-objet pour visualiser le sac embryonnaire (si possible, utiliser des préparations permanentes). **Résultats attendus** : - Pollen : grains variés en forme (rond, allongé, à fossettes), taille 10-100 µm, exine sculpturée. - Sac embryonnaire : structure en forme de sac avec pôle micropylaire (ovule + synergides) et pôle chalazal (antipodales), cellule centrale volumineuse. **Exercice d’application corrigé** : *Dans une préparation d’anthère de lis, on observe des cellules rondes avec un noyau volumineux et peu de cytoplasme. Que représentent-elles ?* **Réponse** : Ce sont des microspores, produits immédiats de la méiose de la cellule mère d’anthère. *Dans un ovule de tournesol, le sac embryonnaire montre 7 cellules : une grande cellule centrale, une cellule ovale à l’extrémité micropylaire, deux petites cellules à ses côtés, et trois petites cellules à l’extrémité opposée. Identifier chaque cellule.* **Réponse** : - Grande cellule centrale : cellule centrale (2 noyaux polaires). - Cellule ovale à l’extrémité micropylaire : ovule (cellule œuf). - Deux petites cellules à ses côtés : cellules synergides. - Trois petites cellules à l’extrémité chalazale : cellules antipodales. --- ## III. Séance 11 : La méiose ### Définition et étapes de la méiose > La méiose est un processus de division cellulaire réduisant le nombre de chromosomes de moitié, passant d’une cellule diploïde (2n) à quatre cellules haploïdes (n), essentielle à la formation des gamètes et à la diversité génétique. Elle comprend deux divisions successives : **méiose I** (réductionnelle) et **méiose II** (équationnelle), chacune comportant prophase, métaphase, anaphase et télophase. **Méiose I** : - **Prophase I** : le plus longue étape. Sous-stades : - Leptotène : chromosomes se condensent. - Zygotène : appariement des homologues (synapse) → formation des bivalents (tétrades). - Pachytène : crossing-over (échange de matériel entre chromatides non-sœurs) → chiasmata visibles. - Diplotène : début de déssynapse, chiasmata maintiennent l’association. - Diakinèse : chromosomes fortement condensés, préparation à la métaphase. - **Métaphase I** : les tétrades s’alignent sur la plaque équatoriale, l’orientation de chaque paire est aléatoire (loi de la ségrégation indépendante). - **Anaphase I** : séparation des chromosomes homologues (chaque chromosome constitué de deux chromatides sœurs va vers un pôle). - **Télophase I** : arrivée des chromosomes aux pôles, peut suivre une courte interkinesis (pas de réplication de l’ADN). **Méiose II** : identique à la mitose, mais sur des cellules haploïdes. - Séparation des chromatides sœurs. - Résultat : quatre cellules haploïdes (n), chacune avec un seul chromatide par chromosome. **Importance de la méiose** : - Réduction du nombre de chromosomes : permet de rétablir le nombre diploïde à la fécondation. - Brassage génétique : - Crossing-over (recombinaison intrachromosomique). - Indépendance de la ségrégation des chromosomes (recombinaison interchromosomique). - Génère la diversité génétique essentielle à l’évolution. > Le nombre de combinaisons possibles dues à l’indépendance de la ségrégation est $2^{n}$, où $n$ est le nombre de paires de chromosomes homologues. Chez l’homme ($n=23$), cela donne plus de 8 millions de combinaisons possibles sans compter le crossing-over. ### TP N°6 : Observation des préparations microscopiques de la méiose **Objectif** : Identifier les différentes étapes de la méiose sur des lames permanentes (testicule de souris, anthère de lis). **Procédure** : 1. Observer une lame de testicule de souris : recherche de cellules en prophase I (tétrades visibles), métaphase I (tétrades sur plaque équatoriale), anaphase I (séparation des homologues). 2. Observer une lame d’anthère de lis : recherche de méiose dans les cellules archespores (formation des tétrades de microspores). 3. Dessiner et légender au moins une cellule pour chaque étape observée. 4. Comparer avec des schémas théoriques. **Résultats attendus** : - Prophase I : tétrades (4 chromatides visibles), chiasmata parfois visibles. - Métaphase I : tétrades alignées sur la plaque équatoriale. - Anaphase I : chromosomes homologues séparés vers des pôles opposés. - Télophase I : deux groupes de chromosomes aux pôles. - Méiose II : séparation des chromatides sœurs, formation de quatre noyaux. **Exercice d’application corrigé** : *Une cellule en métaphase I présente 23 tétrades alignées sur la plaque équatoriale. Quel est le nombre de chromosomes de la cellule mère ?* **Réponse** : Chaque tétrade représente un paire de chromosomes homologues, donc 2 paires de chromatides. Nombre de chromosomes = 23 × 2 = 46 (2n). *Après la télophase I d’une cellule végétale avec 2n=14, combien de chromosomes contient chaque cellule fille ?* **Réponse** : Après la méiose I, le nombre de chromosomes est réduit de moitié : chaque cellule fille est haploïde avec n=7 chromosomes (chacun constitué de deux chromatides). --- ## IV. Séance 12 : Gamétogenèse chez les mammifères ### Spermatogenèse > La spermatogenèse est le processus de formation des spermatozoïdes à partir des spermatogonies diploïdes dans les tubules séminifères des testicules. Elle comprend trois phases : prolifération, méiose et spermiogenèse. **Étapes** : 1. **Phase de prolifération** (mitose) : - Spermatogonies type A (2n) se divisent par mitose pour se renouveler ou donner des spermatogonies type B. - Spermatogonies type B (2n) se différencient en spermatocytes primaires (2n). 2. **Phase de méiose** : - Spermatocyte primaire (2n) → méiose I → deux spermatocytes secondaires (n). - Chaque spermatocyte secondaire → méiose II → deux spermatides (n). - Résultat : un spermatocyte primaire donne quatre spermatides. 3. **Phase de spermiogenèse** (différenciation) : - Les spermatides (n) subissent une morphogenèse sans division : - Formation de l’acrosome (lysosomie dérivée du appareil de Golgi). - Condensation du noyau. - Formation du flagelle (axonème 9+2 dérivé du centriole). - Élimination du cytoplasme résiduel (phagocytose par les cellules de Sertoli). - Résultat : spermatozoïde mature (n), mobile. **Rôle des cellules de Sertoli** : - Nourrissent les cellules germinales. - Créent la barrière hémato-testiculaire. - Sécrètent l’inhibine et l’activine. - Phagocytent le cytoplasme résiduel. - Régulent par la FSH. **Rôle des cellules de Leydig** : - Sécrètent la testostérone sous stimulation de la LH. - La testostérone agit sur les cellules de Sertoli (effet paracrine) et sur les tissus cibles (effet endocrinien). > La spermatogenèse est continue et produit des millions de spermatozoïdes par jour chez l’adulte. ### Oogenèse > L’oogenèse est le processus de formation de l’ovocyte à partir des oogonies diploïdes dans l’ovaire. Elle est discontinue, débute avant la naissance et se termine après la fécondation. **Étapes** : 1. **Phase de prolifération** (avant la naissance) : - Oogonies (2n) se multiplient par mitose. - Certaines se différencient en ovocytes primaires (2n) qui entrent en prophase I de la méiose. - À la naissance : tous les ovocytes primaires sont arrêtés au stade du dictyote (prophase I arrêtée). 2. **Phase de croissance** (à chaque cycle) : - Sélection d’un follicule primaire → croissance du follicule. - L’ovocyte primaire accumule des réserves (ARN, protéines, organelles). - Reprise de la méiose I juste avant l’ovulation (sous stimulation du pic de LH). 3. **Méiose I** : - Ovocyte primaire (2n) → méiose I → ovocyte secondaire (n) + premier corps polaire (n). - L’ovocyte secondaire reçoit presque tout le cytoplasme. - Deuxième arrêt : métaphase II. 4. **Méiose II** (après fécondation) : - Ovocyte secondaire (n) + spermatozoïde → méiose II → ovule mature (n) + deuxième corps polaire (n). - Le deuxième corps polaire est généralement petit et se dégénère. **Rôle des cellules de la granulosa** : - Nourrissent l’ovocyte. - Sécrètent des facteurs de croissance. - Produisent des œstrogènes sous stimulation de la FSH. - Transforment en cellules du corps jaune après l’ovulation (sécrétion de progestérone). > L’oogenèse est caractérisée par une division inégale du cytoplasme : l’ovocyte conserve presque tout le cytoplasme, les corps polaires sont minuscules et généralement non fonctionnels. **Exercice d’application corrigé** : *Un spermatocyte primaire chez l’homme contient 46 chromosomes. Combien de chromosomes contiennent chacun des spermatides résultants ?* **Réponse** : Après méiose I : deux spermatocytes secondaires avec 23 chromosomes chacun (chacun sous forme de deux chromatides). Après méiose II : quatre spermatides avec 23 chromosomes chacun (un seul chromatide par chromosome). *Un ovocyte primaire chez l’humain est arrêté en prophase I. Juste avant l’ovulation, il reprend la méiose I. Quel est le produit de cette division ?* **Réponse** : Un ovocyte secondaire (haploïde, n=23) et un premier corps polaire (haploïde, n=23). --- ## V. Séance 13 : Gamétogenèse chez les spermaphytes ### Formation du pollen (gamétophyte mâle) > Le pollen est le gamétophyte mâle des spermaphytes, issu de la méiose de la cellule mère d’anthère, suivi de deux mitoses. Il transporte les deux cellules spermatiques vers le sac embryonnaire. **Étapes** : 1. **Méiose** dans la cellule mère d’anthère (2n) : - Produit quatre microspores haploïdes (n) disposées en tétrade. 2. **Mitose I** de chaque microspore : - Produit une cellule végétative et une cellule générative (toutes deux n). 3. **Mitose II** de la cellule générative (dans le grain de pollen ou dans le tube pollinique) : - Produit deux cellules spermatiques (n). - Chez certaines espèces, cette mitose se produit après la pollinisation, pendant la croissance du tube pollinique. 4. **Maturation** : - Le grain de pollen mature contient : une cellule végétative (noyau volumineux, peu de cytoplasme) et une cellule générative (petite, riche en cytoplasme) ou déjà deux cellules spermatiques. - Paroi composée d’intine (interne, cellulose/pectine) et d’exine (externe, sporopollénine, résistante). **Rôle du pollen** : - Adhésion au stigmate (via l’exine et les composés polliniques). - Germination : émission d’un tube pollinique à travers le stigmate et le style. - Croissance du tube pollinique vers l’ovaire, guidée par des signaux chimiques (chemotropisme). - Délivrance des deux cellules spermatiques près du sac embryonnaire. ### Formation du sac embryonnaire (gamétophyte femelle) > Le sac embryonnaire est le gamétophyte femelle des angiospermes, issu de la méiose de la cellule mère d’ovule (méga-spore mère), suivi de trois mitoses libres. Il contient l’ovule et les cellules nécessaires à la fécondation double. **Étapes** (type Polygonum, le plus courant) : 1. **Méiose** de la cellule mère d’ovule (2n) dans le nucelle : - Produit quatre méga-spores haploïdes (n). - Généralement, trois méga-spores dégénèrent, seule celle chalazale survit. 2. **Mitose I** de la méga-spore survivante (n) : - Produit deux noyaux : un vers le pôle micropylaire, un vers le pôle chalazal. 3. **Mitose II** : - Chaque noyau se divise → quatre noyaux (deux à chaque pôle). 4. **Mitose III** : - Chaque noyau se divise → huit noyaux (quatre à chaque pôle). 5. **Cellularisation** : - Formation des membranes autour des noyaux : - Pôle micropylaire : un ovule (cellule œuf), deux cellules synergides. - Pôle chalazal : trois cellules antipodales. - Centre : une cellule centrale avec deux noyaux polaires (issus de la dernière mitose). **Structure finale du sac embryonnaire (7 cellules, 8 noyaux)** : - 1 ovule (cellule œuf) : n. - 2 cellules synergides : n, sécrètent des attractifs pour le tube pollinique. - 3 cellules antipodales : n, fonction variable (souvent dégénérent). - 1 cellule centrale : 2n (deux noyaux polaires n chacun). > La fécondation double implique : > - Un spermatozoïde + ovule → zygote (2n). > - Un spermatozoïde + deux noyaux polaires → noyau primaire de l’endosperme (3n). **Exercice d’application corrigé** : *Dans une anthère de lis, on observe des tétrades de cellules rondes. Ces cellules sont le produit de quelle étape ?* **Réponse** : Méiose de la cellule mère d’anthère → formation de quatre microspores haploïdes. *Un sac embryonnaire mature contient 8 noyaux. Combien de mitoses ont eu lieu après la méiose pour produire ces noyaux ?* **Réponse** : Après méiose : 1 méga-spore (n). Pour passer de 1 noyau à 8 noyaux : $2^3 = 8$, donc 3 mitoses. --- ## VI. Séance 14 : Fécondation chez les mammifères ### Étapes de la fécondation > La fécondation chez les mammifères est le processus par lequel un spermatozoïde fusionne avec un ovocyte secondaire pour former un zygote diploïde. Elle se produit dans l’ampoule de la trompe de Fallope et comprend plusieurs étapes essentielles. **Étapes** : 1. **Capacitation** : - Se produit dans le tractus génital féminin (quelques heures). - Modification de la membrane plasmique du spermatozoïde : élimination de protéines de surface, augmentation de la fluidité membranaire. - Nécessaire pour que le spermatozoïde puisse subir la réaction acrosomiale. 2. **Reaction acrosomiale** : - Déclenchée par la liaison du spermatozoïde à la zona pellucida (glycoprotéines ZP2, ZP3). - Exocytose du contenu de l’acrosome (enzymes : hyaluronidase, protéases). - Permet la pénétration à travers la corona radiata et la zona pellucida. 3. **Pénétration et fusion** : - Le spermatozoïde traverse la zona pellucida grâce à la réaction acrosomiale. - Liaison de la membrane du spermatozoïde à celle de l’ovocyte (protéines Izumo1 sur le spermatozoïde, Juno sur l’ovocyte). - Fusion des membranes → entrée du spermatozoïde dans l’ovocyte. 4. **Activation de l’ovocyte** : - Entrée du spermatozoïde déclenche une libération d’ions Ca²⁺ du réticulum endoplasmique (ondes calciques). - Cela provoque : - Fin de la méiose II : expulsion du deuxième corps polaire. - Blocage de la polyspermie : modification de la zona pellucida (zona réaction) rendant celle-ci imperméable à d’autres spermatozoïdes. 5. **Formation du pronucleus et du zygote** : - Le noyau du spermatozoïde (pronucleus mâle) se décondense. - Le noyau de l’ovocyte (pronucleus femelle) se trouve déjà formé. - Les deux pronucleus migrent vers le centre et fusionnent leurs enveloppes nucléaires. - Réplication de l’ADN → premier mitose du zygote. > Le zygote résultant est diploïde (2n) et contient un ensemble chromosomique paternel et un maternel. **Blocage de la polyspermie** : - **Rapide** : potentiel de membrane de l’ovocyte (dépolarisation due à l’entrée de Na⁺). - **Lent** : zona réaction (modification de la zona pellucida par libération de granules corticaux). **Exercice d’application corrigé** : *Un spermatozoïde vient de fusionner avec un ovocyte secondaire arrêté en métaphase II. Quelle est la prochaine étape déclenchée par l’entrée du spermatozoïde ?* **Réponse** : L’entrée du spermatozoïde déclenche une libération d’ions Ca²⁺, qui permet la fin de la méiose II (séparation des chromatides sœurs et expulsion du deuxième corps polaire) et active l’ovocyte. *Après la fusion spermatozoïde-ovocyte, pourquoi le zygote ne contient-il qu’un seul noyau au début de la première mitose ?* **Réponse** : Le zygote contient initialement deux pronucleus (mâle et femelle) séparés. Ils migrent vers le centre, leurs enveloppes nucléaires se disintegrent, et les chromosomes se mélangent sur la même métaphase plate avant la première mitose. --- ## VII. Séance 15 : Fécondation chez les spermaphytes ### Étapes de la fécondation double > Chez les angiospermes, la fécondation est double : un spermatozoïde féconde l’ovule pour former le zygote, l’autre fusionne avec les deux noyaux polaires du sac embryonnaire pour former le noyau primaire de l’endosperme. Elle se produit après la croissance du tube pollinique jusqu’à l’ovule. **Étapes** : 1. **Pollinisation** : - Déposition d’un grain de pollen compatible sur le stigmate. - Adhésion via l’exine et les composés polliniques (protéines, lipides). 2. **Germination du pollen** : - Le grain de pollen absorbe l’eau et émet un tube pollinique à travers une fissure de l’exine. - Le tube pollinique croît à travers le stigmate et le style, guidé par des signaux chimiques (ex. : GABA, peptides sécrétés par le pistil) → chemotropisme. 3. **Croissance du tube pollinique** : - Croissance apicale : dépôt de nouvelle paroi à l’extrémité, activité des vésicules de Golgi. - Le noyau de la cellule végétative et les deux cellules spermatiques se trouvent à l’extrémité du tube. 4. **Arrivée à l’ovule** : - Le tube pollinique pénètre dans l’ovule par le micropyle. - Il se dirige vers le sac embryonnaire, généralement entre une synergide et l’ovule ou directement vers l’ovule. 5. **Libération des cellules spermatiques** : - Le tube pollinique explose ou libère son contenu à proximité du sac embryonnaire. - Les deux cellules spermatiques sont libérées dans l’espace proche du sac embryonnaire. 6. **Fécondation double** : - **Première fécondation** : une cellule spermatique + ovule (cellule œuf) → zygote (2n). - **Deuxième fécondation** : l’autre cellule spermatique + deux noyaux polaires de la cellule centrale → noyau primaire de l’endosperme (3n). 7. **Développement post-fécondation** : - Le zygote subit des mitoses pour former l’embryon. - Le noyau primaire de l’endosperme subit des mitoses pour former l’endosperme (tissu nutritif). - Les integuments se développent en tégument de la graine. - Le nucelle peut être consommé ou persister (perisperme). > L’endosperme peut être liquide (eau de coco), solide (amande, céréales) ou absorber complètement par l’embryon (légumineuses). **Exercice d’application corrigé** : *Un tube pollinique a atteint l’ovule et libéré deux cellules spermatiques près du sac embryonnaire. Une synergide dégénère. Quel est le rôle probable de cette synergide ?* **Réponse** : La synergide dégénérée a probablement facilité la reconnaissance et l’acceptation du tube pollinique, puis a subi une dégénérescence programmée après avoir joué son rôle de guide ou de signalisation. *Après la fécondation double, quel est le ploidie du noyau primaire de l’endosperme dans une espèce où le sac embryonnaire est de type Polygonum ?* **Réponse** : Le noyau primaire de l’endosperme résulte de la fusion d’une cellule spermatique (n) avec deux noyaux polaires (chacun n), donc son ploidie est 3n. --- ## VIII. Séance 16 : Apprentissage de l’intégration CA 3 > Cette séance vise à intégrer les connaissances des mécanismes de la reproduction sexuée chez les mammifères et les spermaphytes en mettant en évidence les similitudes, les différences et les adaptations évolutives. ### Tableau comparatif : Mammifères vs Spermaphytes | Critère | Mammifères | Spermaphytes (Angiospermes) | |--------|------------|------------------------------| | **Type de gamétophyte** | Aucun (gamètes produits directement par les gonades) | Gamétophytes réduits : pollen (mâle) et sac embryonnaire (femelle) | | **Lieu de formation des gamètes** | Testicules (mâle), ovaires (femelle) | Anthères (mâle), ovules (femelle) | | **Méiose** | Dans les gonades (spermatogonies, ovocytes primaires) | Dans les cellules archespores (anthère, ovule) | | **Nombre de mitoses après méiose** | Spermatogenèse : 2 mitoses (une après chaque méiose) ; Oogenèse : inégale, arrêtée | Pollen : 2 mitoses après méiose ; Sac embryonnaire : 3 mitoses libres après méiose | | **Gamète mobile** | Spermatozoïde (flagelle) | Non mobile (transporté par le tube pollinique) | | **Gamète non mobile** | Ovocyte secondaire (volumineux) | Ovule (dans le sac embryonnaire) | | **Fécondation** | Internalisée (trompe de Fallope) | Internalisée (ovule), mais nécessite un vecteur (pollen) | | **Nombre de fusions nucléaires** | Une (zygote) | Deux (fécondation double : zygote + endosperme) | | **Produit de la fécondation** | Zygote (2n) | Zygote (2n) + noyau primaire de l’endosperme (3n) | | **Rôle des hormones** | Centrales (GnRH, LH, FSH, stéroïdes) | Absentes (signalisation par peptides, gaz, ions Ca²⁺) | | **Dispersion des gamètes mâles** | Via le tractus génital (éjaculation) | Via le pollen (vent, eau, animaux) | ### Exercices d’intégration corrigés *Comparer le sort du cytoplasme lors de la formation des gamètes chez les mammifères et chez les spermaphytes.* **Réponse** : Chez les mammifères, l’oogenèse entraîne une division inégale du cytoplasme : l’ovocyte secondaire conserve presque tout le cytoplasme, tandis que les corps polaires sont minuscules. Chez les spermaphytes, lors de la formation du sac embryonnaire, le cytoplasme est réparti de manière relativement égale parmi les sept cellules (bien que la cellule centrale soit souvent plus volumineuse). Lors de la formation du pollen, le cytoplasme de la microspore est réparti entre la cellule végétative et la cellule générative (puis les deux spermatiques), avec une tendance à ce que la cellule végétative contienne plus de cytoplasme. *Expliquer pourquoi la fécondation double est une adaptation avantageuse chez les angiospermes.* **Réponse** : La fécondation double permet une coordination entre le développement de l’embryon et celui du tissu nutritif (endosperme). L’endosperme, issu de la deuxième fécondation, commence à se développer seulement après que l’ovule ait été fécondé, évitant ainsi un gaspillage de ressources si la fécondation échoue. Cela augmente l’efficacité énergétique de la reproduction. --- ## IX. Synthèse du chapitre - Les gonades sont les organes producteurs de gamètes et d’hormones sexuelles : testicules et ovaires chez les mammifères ; étamines et pistil chez les spermaphytes. - La méiose réduit le nombre de chromosomes de moitié et génère la diversité génétique par le crossing-over et l’indépendance de la ségrégation. - Chez les mammifères : - La spermatogenèse est continue et produit quatre spermatozoïdes par spermatocyte primaire. - L’oogenèse est discontinue, avec arrêt en prophase I puis en métaphase II, et une division inégale du cytoplasme. - Chez les spermaphytes : - Le pollen est issu d’une méiose suivie de deux mitoses ; il contient deux cellules spermatiques. - Le sac embryonnaire est issu d’une méiose suivie de trois mitoses libres ; il contient l’ovule, deux synergides, trois antipodales et une cellule centrale avec deux noyaux polaires. - La fécondation chez les mammifères implique capacitation, réaction acrosomiale, fusion membranaire, activation de l’ovocyte et blocage de la polyspermie. - La fécondation double chez les angiospermes implique la fusion d’un spermatozoïde avec l’ovule (zygote 2n) et d’un autre avec les deux noyaux polaires (endosperme 3n). - Les adaptations de la reproduction sexuée reflètent les contraintes du milieu : mobilité des spermatozoïdes chez les mammifères vs dispersion passive du pollen chez les plantes, internalisation de la fécondation dans les deux cas mais avec des mécanismes de reconnaissance spécifiques. --- ## X. Glossaire > **Acrosome** : Vésicule lysosomique située au sommet du spermatozoïde contenant des enzymes permettant la pénétration de la zona pellucida. > **Antipodales** : Trois cellules du sac embryonnaire situées au pôle chalazal, généralement dégénérentes après la fécondation. > **Corps polaire** : Petite cellule issue de la méiose chez l’oocyte, contenant peu de cytoplasme et généralement non fonctionnelle. > **Crossing-over** : Échange de matériel génétique entre chromatides non-sœurs d’un tétrade pendant la prophase I de la méiose. > **Endosperme** : Tissu nutritif des graines des angiospermes, issu de la fécondation double, généralement triploïde (3n). > **Gamétophyte** : Génération haploïde du cycle de vie des plantes produisant des gamètes par mitose. > **Méiose** : Processus de division cellulaire réduisant le nombre de chromosomes de moitié, produisant quatre cellules haploïdes à partir d’une cellule diploïde. > **Micropyle** : Ouverture dans les integuments de l’ovule permettant l’entrée du tube pollinique chez les spermaphytes. > **Oovule** : Cellule femelle du sac embryonnaire des angiospermes, issue de la méiose et mitoses, qui sera fécondée pour former le zygote. > **Pronucleus** : Noyau haploïde du spermatozoïde ou de l’ovocyte après fécondation, avant leur fusion pour former le noyau du zygote. > **Spermatide** : Cellule haploïde issue de la méiose chez le spermatocyte, qui se différenchie en spermatozoïde par spermiogenèse. > **Zona pellucida** : Glycoprotéine épaisse entourant l’ovocyte des mammifères, indispensable à la liaison du spermatozoïde et au blocage de la polyspermie.