L'étude du développement embryonnaire du petit pois révèle des mécanismes fascinants, allant de la reproduction sexuée et asexuée chez les plantes à la germination de la graine, en passant par l'influence des facteurs environnementaux et la transmission des caractères héréditaires. Cet article explore les différentes étapes de ce processus complexe, en s'appuyant sur les connaissances scientifiques actuelles et en tenant compte des idées historiques sur l'hérédité.
De l'embryon au fœtus : un voyage fascinant
Avant de devenir un bébé, après l’accouchement, notre futur enfant passe par le stade de fœtus, puis par celui d’embryon, pendant la grossesse. Un processus similaire se déroule chez les plantes, où l'embryon contenu dans la graine se développe pour donner naissance à une nouvelle plante.
Alors que votre ventre s’arrondit progressivement, une question vous trotte en permanence dans la tête… Quelle taille fait désormais mon futur bébé ? Pour que ce soit plus visuel, on vous propose un diaporama qui compare la taille de l’embryon et du fœtus à celle de fruits et légumes, au fil des semaines. De la taille d’une pomme, de graines de pavot, d’une noix de coco ou d’un épi de maïs ? C’est environ à la septième semaine de notre grossesse (9 SA) que l’embryon dépasse les 2 cm. Il pèse alors environ 4 grammes, ce qui équivaut au poids et à la taille d’une myrtille. Pendant le deuxième mois de grossesse, soit de la cinquième à la huitième semaine, notre futur bébé passe de la taille et du poids d’une lentille, à ceux d’un grain de raisin ou d’une cerise ! Notre futur bébé pesait moins d’un gramme à cinq semaines de grossesse, et mesurait entre 5 et 13 millimètres. À huit semaines, il a dépassé le gramme et le centimètre, puisque l’embryon pèse alors, en moyenne, 5 grammes et mesure entre 3 et 4 centimètres. Par exemple, à 12 semaines de grossesse, à la fin du premier trimestre, notre futur bébé passe du stade d’embryon à celui de fœtus : ses organes se sont bien développés, notamment son cœur, dont les battements peuvent désormais être audibles ! À 15 semaines de grossesse, notre futur bébé mesure 13 centimètres et pèse plus de 100 grammes, soit l’équivalent d’une betterave. À 23 semaines de grossesse, notre futur bébé mesure environ 22 centimètres, de la tête au coccyx, et pèse, en moyenne, 700 grammes. C’est l’équivalent d’une aubergine. À 26 semaines, il a dépassé le kg ! Notre futur bébé mesure près de 25 cm pour 1 100 à 1 200 grammes, ce qui représente un chou-fleur.
Reproduction sexuée et apomixie chez les plantes
Les plantes apomictiques produisent des graines dont l’embryon est maternel. Un petit retour sur les étapes de la reproduction sexuée est nécessaire pour comprendre ce qui se passe chez ces plantes. Chez les plantes sexuées, la production d’une graine passe par deux étapes essentielles : la méiose et la fécondation. La méiose est la division cellulaire qui réduit le nombre de chromosomes - 2n chez la plante-mère, n chez les gamètes qui en sont issus - et permet la recombinaison chromosomique et donc l’hétérogénéité, c’est-à-dire la diversité d’une descendance. Elle a lieu aussi bien du côté mâle, avec la production de grains de pollen à n chromosomes, que du côté femelle, avec la production d’une autre structure haploïde (n chromosomes) qu’on appelle le sac embryonnaire. Dans celui-ci, deux cellules jouent un rôle essentiel au moment de la fécondation : l’oosphère, qui donne naissance à l’embryon (2n) après fécondation et fusion de deux gamètes (n femelle + n mâle), et l’albumen, qui provient de la fécondation, par le deuxième noyau pollinique, des deux noyaux de la cellule centrale du sac embryonnaire (2n femelle + n mâle).
Chez les plantes apomictiques, le développement du pollen suit la même voie que chez les plantes sexuées. Seule la partie femelle de la fleur est affectée. Par souci de simplification, seuls les deux types d’apomixie les plus fréquents sont présentés. Dans la première, le sac embryonnaire se développe à partir de la cellule reproductive, comme chez les plantes sexuées, mais celle-ci se développe directement en sac embryonnaire sans passer par la case méiose. La structure produite est donc « non réduite » : chaque noyau contenant les 2n chromosomes de la plante-mère. Ensuite, la double fécondation se résume à une simple fécondation, l’oosphère se développant en embryon sans qu’il y ait eu fusion de gamètes : l’embryon est donc maternel (2n femelle + 0). L’albumen, par contre, est toujours hybride, mais avec une contribution femelle doublée (4n femelle + n mâle). Ce type d’apomixie est appelé diplosporie.
Lire aussi: Embryon et Ovulation Tardive: Explications
Dans la quatrième colonne du schéma, un ou plusieurs sacs embryonnaires se développent à partir de cellules somatiques. Toujours sans passer par la méiose, on assiste à la formation d’un sac embryonnaire non réduit, où chaque noyau contient les 2n chromosomes des cellules maternelles. C’est l’aposporie. Dans l’exemple choisi ici, qu’on appelle le type Panicum, du nom du genre où ce développement a été décrit pour la première fois, le sac embryonnaire n’a que quatre noyaux et un seul dans sa cellule centrale. La simple fécondation produit une graine avec un embryon maternel, mais avec un albumen hybride qui, comme chez les plantes sexuées, possède 2n chromosomes d’origine maternelle et n chromosomes d’origine mâle.
La jeune plantule qui naît à partir de l’embryon de la graine apomictique est donc une copie conforme de la plante-mère. On parle de clonage par voie de graines. Ce clonage naturel existe dans de très nombreuses plantes à fleurs, puisque plus de 500 espèces, dans 45 familles différentes, semblent présenter cette capacité à produire des embryons maternels par apomixie. L’apomixie par aposporie est très fréquente chez les graminées tropicales (Panicoïdées) et on peut relier ce succès, aujourd’hui, au fait que l’albumen des graines possède les mêmes apports, quantitatifs, femelle et mâle que celui des plantes sexuées (2n + n).
Si les espèces apomictiques sont des clones, comment expliquer qu’on y observe une étonnante diversité où toutes les formes intermédiaires sont possibles ? L’étude de populations naturelles a démontré que cette diversité résultait de la coexistence de l’apomixie et de la sexualité au sein de l’espèce. Un très faible taux de sexualité est suffisant pour qu’il y ait hybridation - le pollen des apomictiques est normal et peut donc féconder une plante voisine qui serait sexuée - et créer ainsi de nouveaux génotypes. L’apomixie agit ainsi comme fixateur de toutes les formes hybrides intermédiaires.
Si la présence de diversité signifie qu’il y a présence de sexualité, il fallait d’abord trouver cette sexualité chez les espèces connues comme apomictiques. L’étude des Panicum en Afrique a montré que la formation de sacs embryonnaires à quatre noyaux maternels était une caractéristique qui se transmettait, par hybridation, comme le gène unique, dominant, de la couleur du petit pois de Mendel.
La graine : un état de dormance protecteur
Une graine représente l'état le plus stable ("solide") dans le cycle de vie d'une plante. La graine en état de dormance est "sèche" c'est à dire que ces cellules sont déhydratées. Cette dernière propriété lui permet de résister à de basses températures et de longues périodes de sécheresses. Conditions, qui généralement, tueraient les plantes mères ou les jeunes pousses très fragiles pendant la germination.
Lire aussi: Causes du Retard Embryonnaire
Les graines peuvent être albuminées ou exalbuminées. Dans le cas des graines exalbuminées, l'embryon et le ou les cotylédons (1 ou 2) remplissent entièrement la graine. Il n'y a pas d'albumen. Il est important de noter que les graines, qu'elles soient albuminées ou exalbuminées, contiennent des réserves énergétiques. Les cotylédons, tout comme les albumens, servent de réserves énergétiques. Ils sont composés essentiellement d'amidon, de protéines et de graisses. La plupart du temps, ces organes de réserves restent en terre.
Germination : le réveil de l'embryon
La graine fonctionne comme une éponge et peut absorber des quantités d'eau importantes. Son volume peut être multiplié par deux en début de germination. Cette expansion provoque des fissures sur le tégument. Une fois la graine fissurée, les méristèmes apicaux de la tige et des racines réagissent rapidement aux stimulis de la germination. La tige se dirige vers la lumière, les racines vers le sol. Les réserves se vident petit à petit par rapport aux autres parties qui poussent. La petite plante est née.
À l'état naturel, l'hiver n'est pas propice à la germination. Les températures trop froides de la saison tueraient le jeune plant. La germination se fait généralement au printemps quand les températures sont plus douces. C'est ce qu'on appelle la levée de dormance. En plus de l'influence de facteurs environnementaux comme la température, le temps de germination, propre à chaque espèce, dépendra de la taille et de la solidité de l'enveloppe de la graine, du tégument.
Conseils de plantation
Mieux vaut planter pas assez profond que trop profond. On peut utiliser la taille de la graine comme indication. En règle générale, une graine ne doit pas être plantée à une profondeur plus importante que la taille de ses structures de réserves (cotylédons et endospermes). Les tailles des graines sont très variables. Cependant, peu importe la graine, le sens de sa plantation a peu d'importance. En effet, les racines répondent au champ gravitationnel et se dirige vers le centre de la terre.
Hérédité : un héritage complexe
Tout le monde sait que les chiens ne font pas des chats… C'est ainsi que depuis des siècles on s'est interrogé sur la façon dont les caractères physiques des anciens passaient aux plus jeunes. Et si, par malheur, les jeunes naissaient avec une originalité physique inexplicable, ce ne pouvait être que la conséquence d'un mauvais sort. Ces superstitions sont loin d'être mortes puisqu'aujourd'hui encore, dans certains pays d'Afrique comme la Tanzanie, les « guérisseurs » sont à la recherche d'organes issus de personnes albinos. C'est avec la même curiosité qu'étaient exhibés les nains dans les cours royales, où l'on aimait à présenter aux visiteurs des êtres au physique rare et si possible difforme. Le nain polonais Joseph Boruwlaski, surnommé Joujou, a vécu au XVIIIe siècle sous la protection d'une comtesse qui avait une drôle de conception des recherches en matière d'hérédité…« […] au fond je n'étais aux yeux des autres qu'une poupée, un peu plus parfaite, à la vérité, et un peu mieux organisée qu'elles le sont ordinairement, et […] on me regardait comme un jouet. Je me rappelle entre autres, un jour dans l'appartement de ma bienfaitrice, […] quelqu'un ayant paru mettre en doute que les nains pussent avoir la faculté de se reproduire […], Madame la Comtesse fit part à la compagnie de l'état de ma famille et en particulier de ma sœur - dont la petitesse, dit-elle, est encore plus extraordinaire que celle de Joujou, ajoutant qu'elle avait souvent pensé qu'il serait plaisant de faire un mariage entre ces deux petits êtres, et que ce qui en résulterait pourrait décider la question.
Lire aussi: FIV : Facteurs influençant le succès des embryons congelés
En 530 avant notre ère, Pythagore part d'un principe simple, baptisé le « spermisme » : l'information héréditaire est apportée au bébé par le sperme paternel. Le ventre de la mère ne servirait que de réceptacle, à l'instar d'une couveuse destinée à nourrir l'enfant pendant son premier développement. Pour Aristote, deux siècles plus tard, cette théorie ne tient pas debout : ne voit-on pas des enfants ressembler comme deux gouttes d'eau à leur mère ? Et comment expliquer qu'un fils hérite du crâne chauve de son père alors que, lorsque celui-ci l'a engendré, il avait bien tous ses cheveux ? Pour Aristote, c'est clair : le sang menstruel est une sorte de sperme féminin qui apporte le matériau brut pour construire le fœtus, la semence mâle intervenant pour faire passer le « message » qui décidera de la forme finale du petit être. S'il est l'auteur d'une Histoire des animaux, le philosophe grec ne manque pas d'observer aussi les hommes et de se poser des questions sur leur naissance. Il en tire certaines constatations bien étranges…« II naît aussi des enfants infirmes de parents infirmes ; de boiteux, il vient des boiteux ; d'aveugles, il vient des aveugles. Souvent même, des enfants ressemblent à leurs parents pour des choses qui n'ont rien de naturel, et ils portent des signes tout à fait pareils : par exemple, des loupes et des cicatrices. Quelquefois, ces ressemblances passent d'une première personne à la troisième ; et c'est ainsi qu'un père qui avait un signe au bras eut un fils qui n'avait plus ce signe ; mais le petit-fils eut à la même place une tache noire. Ces derniers cas sont rares ; et la plupart du temps, de parents qui sont incomplets à certains égards viennent des enfants très complets ; car dans tout cela, il n'y a rien de régulier. Les enfants ressemblent à leurs parents, ou aux grands-parents, en remontant. Parfois, il n'y a pas la moindre ressemblance avec personne. D'autres fois, la ressemblance cesse pendant plusieurs générations ; témoin cette femme de Sicile qui, ayant eu commerce avec un Éthiopien noir, eut une fille qui n'était pas Éthiopienne ; mais ce fut l'enfant issu de cette fille. En général, les filles ressemblent davantage à la mère ; les enfants mâles, au père. Parfois aussi, c'est le contraire qui se produit ; […] D'autres fois encore, c'est seulement en une certaine partie que les enfants ressemblent à l'un de leurs parents, et pour des parties diverses de l'un et de l'autre. » (Aristote, Histoire des animaux, 343 av.
Aussi séduisantes soient-elles, les théories d'Aristote n'expliquent pas comment l'hérédité est transmise. La question de la création d'un enfant à partir de l'union du sperme et d'un œuf devenait ainsi caduque. Et si l'on inverse cette théorie, dite de « préformation », on peut en déduire que tous les hommes étaient déjà présents dans Adam, et donc qu'ils ont en quelque sorte tous fauté avec lui ! Malgré ce qu'on pourrait croire, l'invention du microscope au XVIe siècle ne mit pas fin à la croyance que des homonculus (« petits hommes ») étaient présents dans nos corps, bien au chaud : on se rendit tout à coup compte que le spermatozoïde ressemblait bigrement à un homme plié en position de fœtus, voire à un crâne suivi d'un long cheveu…
Souffrant de calculs rénaux, Michel de Montaigne s’interroge sur les liens qu’il peut y avoir avec la propre maladie de son père…« Il me semble que, parmi les choses que nous voyons ordinairement, il y a des étrangetés si incompréhensibles qu’elles surpassent toute la difficulté des miracles. Quel monstre est-ce, que cette goutte de semence dont nous sommes produits porte en soi les impressions, non de la forme corporelle seulement, mais des pensées de nos pères ? Cette goutte d’eau, où loge-t-elle ce nombre infini de formes ?Il est à croire que je dois à mon père cette qualité pierreuse [le calcul rénal], car il mourut extrêmement infligé d’une grosse pierre qu’il avait en la vessie […]. J’étais né 25 ans et plus avant sa maladie, et durant le cours de son meilleur état [de santé], le troisième de ses enfants en rang de naissance. Où se couvait tant de temps la propension à ce défaut ? Billevesées !
Pour le siècle des Lumières, tout cela n'est que fadaises. Les grands naturalistes Georges Buffon et Carl von Linné vont commencer par mettre un peu d'ordre dans la nature. Jean-Baptiste Lamarck va s'y employer à partir de 1793 au Muséum d'Histoire naturelle de Paris. Pour ranger dans les casiers selon un ordre logique les 19 000 spécimens qu'il a sous la main, il crée une nouvelle forme de classification, associant genre et espèce. Il suffit pour s'en rendre compte de jeter un œil du côté des girafes : qui peut nier qu'elles ne cessent de tendre le cou pour brouter les branches les plus hautes, certainement plus succulentes ? Et donc, fort logiquement, ce cou s'est allongé au fil des siècles, la nature cherchant sans cesse à améliorer ses créations. Encore maladroite, cette théorie de la transmission des caractères acquis s'oppose au fixisme traditionnel qui soutenait que les créatures n'évoluaient pas. Pour la première fois, l'idée de création divine était bousculée par celle d'évolution.
tags: #embryon #de #petit #pois #développement