hlt ,I hlvect ltorpho/ & Embryo/. Vol. 9. pp. 297 to 313. 0020 7322800801 02~7$20.00:0 © Pergamota Press Ltd. 1980 Printed ila Great Britain.

U L T R A S T R U C T U R E D E S OVOCYTES ET VITELLOGENESE CHEZ L E P I S M A C H I L I S T A R G I O N I I ( G R A S S I ) ( T H Y S A N U R A :

MACHILIDAE)

JACQUES BITSCH

U niversit6 Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France

(Accepted 20 March 1980)

Abstract The present paper describes the ultrastructural transformations of the germinal cells in the panoistic ovarioles of &7~ismachil&. Nuclear transformations, i.e. gonial mitoses and the beginning of the meiotic prophase, take place in the germarium: important nuclear modifications inside the vitellarium are connected with numerous ribonucleoprotein emissions into the cytoplasm. Three distinct stages can be distinguished during oocyte growth: (1) Previtellogenesis, corresponding to a euplasmic growth; (2) Primary or endogenous vitellogenesis, characterized by the formation of protein granules inside the vesicles of the rough endoplasmic reticulum; afterwards the granules undergo partial mineralization; (3) Secondary vitellogenesis, which involves extensive growth of the oocyte microvilli and the incorporation of exogenous proteins by micropinocytosis. At the same time, numerous lipid globules are formed: a little glycogen is formed in late vitellogenesis. Then the chorion, secreted by the follicle cells, is deposited around the oocyte. The importance of the endogenous vitellogenesis in different orders of Apterygota is a characteristic feature, which, among other biological data, brings these primitive insects nearer to the Crustacea.

Index descriptors (in addition to those in title): Apterygota. panoistic ovarioles, endogenous vitellogenesis.

I N T R O D U C T I O N

PLUSIEURS travaux ont 6t6 consacrds, ces dernieres ann6es, fi une 6tude ultrastructurale de l'ovogenese d'Insectes Apterygotes, comme les Protoures (Bilinski, 1977; Klag, 1978) et les Collemboles (Matsuzaki, 1973; Bilinski, 1976; Pal6vody, 1976). En ce qui concerne les Thysanoures, une tr6s courte note de Cone et Scalzi (1967) porte sur l'ovogen6se de Lepisma sp.; un article plus ddtaille consacr6 au Machilide Petrobius maritimus (Cantacuzene et Martoja, 1972), fait ressortir certaines particularites de la vitellogenese, qui rappellent le cas des Crustac6s. Apres une 6tude histologique sur l'ovogen6se de Machilis (Bitsch, 1968],, nous avons apport6 rdcemment des precisions sur la structure des enveloppes de l'ovariole de Lepismachilis targionii (Bitsch, 1978), puis sur les transformations subies par l'~pith61ium folliculaire (Bitsch, 1980).

Dans la pr6sente 6tude nous nous proposons de decrire 5, l'6chelle ultrastructurale les 6tapes de la diff6renciation des cellules germinales. L'une des particularit6S majeures des Aptarygotes tient au fair qu'ils continuent 5. muer 5. l'6tat imaginal. Chez les femelles adultes de Thermobia domestica une ponte a lieu au milieu de chaque periode d'intermue; en fait le daveloppement des ovocytes s'achelonne sur 4 intermues successives et la vitellogenase ne se deroule darts les ovocytes terminaux que pendant la premiare moitie de la quatriame intermue (Rohdendorf, 1968). Des phanom6nes tr6s voisins existent chez les Machilidae.

297

298 J ,~( {,n l;s Bi i s( i]

M A T E R I E L E T T E C H N I Q U E S

L'esp6ce L~Tfi.smachilis :ar v, ionii, commune dans la liti6re de feuilles metres, a ele prise dans la for6t de Bouconne, aux environs de Toulouse. Apres dissection les ovarioles ont ere fixes dans le m~lange paraformald6hyde glutaraldOhydc, puis postfix6s au tetroxyde d'osmuim: ils ont et6 inclus dans un m~lange epon- araldite, les coupes ultra-fines contrast+cs ~'~ l'acetate d'uranyle et au citrate de plomb. Des details sur la technique employ6e figurent dans un prOc6dent article (Bitsch, 1980).

D E S C R I P T I O N

C h a q u e ova i r e de L e p i s m a c h i l i s se c o m p o s e de 7 ova r io l e s d i sposes m e t a m e r i q u e m e n t . Les

ova r io l e s s en t de type pano'l 'st ique, d e p o u r v u s de f i l ament t e rmina l . C h a q u e ova r io l e d e b u t e

par un c o u r t g e r m a r i u m , suivi d ' u n p r ev i t e l l a r i um ou les ovocy t e s c o m m e n c e n t leur

c ro i s sance (Fig. 1). Vient ensui te le v i te l la r ium, o{t la v i te l logen6se se de rou le en 2phase s ,

ovg

O V C -

(CS)

e p e / \

I b -

t p -

I G

~Vt

m /

c f _

Vt l

E1£;. 1. Schema de la pattie distalc d'un owu-iole dc L~7~i.~machili.~. Lc germarimn IG) rcnferme des ovogonics [ovg) et. ~i sa base, de jeunes ovocytes pourvus de complexes synapton~zmatiques [ovc (CS)]. Viennent ensuite: le previtcllariuxn (PVt), puis la zone de vitcllogenese primaire (Vtl) montrant l'~pithelium l'olliculaire (cf). k'enscmblc de l'ovariolc est entoure d'une double enveloppe, faite d'une tmffca pl"ol~ria (tp) rev~tue d'un epithelium externe (epe)

ou de muscles (m), eux-m6mes limitOs par une lame basalc.

p r ima i re et seconda i re . Un ep i the l i um lk~lliculaire se cons t i t ue a u t o u r des ovocy t e s en

prev i te l logenese , il subsis te p e n d a n t la phase de v i te l logenese p r imai re , au cour s de laquel le le

no rnbre des cel lules se mul t ip l i e pa r mitoses . Lors de la phase de v i te l logen6se seconda i re les

cel lules fol l icula i res subissent des e n d o m i t o s e s c o n d u i s a n t ;~ des n o y a u x lobes, v r a i s embla -

e l e m e n t po lyp lo ides . En fin de v i te l logenese les cellules | \~lliculaires sOcrbtent le c h o r i o n , de

s t ruc tu re complexe .

Uhrastructure des Ovocytes et Vitellogenese 299

(A) Les cellules ,¢erminales dan,s le ,eermarium Le germarium consiste en une courte calotte a l 'apex de l'ovariole. I1 mesure environ 70 IJm

de large a l a base et comporte une centaine de cellules de petite taille fi cytoplasme tr~s peu abondant. Comme dans les ovarioles pano'istiques des autres insectes, le germarium de L~7#smachi/is se compose seulement de 2types cellulaires: les cellules germinales et les cellules somatiques ou prefolliculaires. Ces dernieres se reconnaissent 'fi leur cytoplasme tres clair, qui tend ~ emettre de courts prolongements entre les cellules germinales. Ala peripherie du germarium ces prolongements s'interposent entre la lame basale (tunica propria) et les cellules germinales. A la base du germarium, comme dans la zone suivante, des prolongements cytoplasmiques plus allonges et superposes s'insinuent entre les ovocytes en debut de croissance. L'examen des coupes ultra-fines a permis de verifier que les cellules somatiques ne ferment pas un syncytium. Leur noyau mesure en moyenne 5 x 8 tJm; la chromatine, assez peu abondante, est surtout localisee centre l 'enveloppe nucleaire.

A l'apex du germarium les ovogonies se presentent comme des cellules globuleuses 5. cytoplasme peu abondant et assez fiche en ribosomes libres (Fig. 2); leur noyau sphbrique mesure 6 7 13m de diametre et presente des mottes denses de chromatine reparties de fa~on assez variable, soit fila peripherie, soft au sein du nucleoplasme. Ces differences temoignent sans doute de phases du cycle cellulaire, mais aucune image de mitose goniale indubitable n 'a pu etre observee.

Les ovocytes, qui occupent une part importante du germarium, entrent en prophase meiotique. Dens les tout jeunes ovocytes situes vers le milieu du germarium (Fig 3) la chromatine, encore assez dense, s'organise autour de complexes synaptonematiques, qui resultent de l 'appariement de chromosomes homologues. Le nucleole s'accroft (il atteint 3-4 IJm de diametre) et acquiert une structure heterog~ne, composee de masses tres denses reunies par un materiel moins dense (Fig. 3). Le materiel tres dense correspond vraisemblablement ala "zone granulaire", le materiel moins dense a la "zone fibrillaire". Les ovocytes situes fi la base du germarium commencent leur croissance, qui affecte a l a lois le noyau et le cytoplasme (Fig. 4). Dens le noyau la chromatine forme alors des areas floculeux moyennement denses, groupes autour des complexes synaptonematiques qui se sent allonges. Ces derniers presentent une structure tripartite typique, avec un complexe median scalariforme et 2 elements lateraux denses. Le cytoplasme montre des signes de forte activit& il s'est enrichi en ribosomes libres, en mitochondries et en complexes golgiem, bien developpes (Fig. 5). Tout autour du noyau, des citernes de reticulum endoplasmique evoquant des lamelles annelees s'organisent parallelement a l 'enveloppe nucleaire: elles ont meme epaisseur que l 'enveloppe nucleaire et leurs membranes sent egalement tres pauvres en ribosomes (Fig. 6). Des ce stade le cytoplasme parinucleaire presente quelques arnas de materiel granulaire tres dense, dent on observe parfois le passage a travers les pores nuclaaires tras nombreux (Fig. 6).

(B) Phase de pr&'ite/logenOse Dans le previtellarium les ovocytes augmentent rapidement de taille, uniquement par

croissance euplasmique. D 'abord disposes de faqon irreguliere, les ovocytes deviennent ensuite regulierement empiles, chaque ovocyte occupant la totalite du diametre de l'owtriole. Entre les ovocytes s'intercalcnt des ccllules somatiques, non encore organisees en un epithelium regulier.

Dans les jeunes ovocytes en previtellogenese la vesicule germinative de grande taille montre un contour irregulier et un contenu homogene tres clair; la chromatine ne forme plus

300 JA( QttES BITS('tl

FI(~. 2. Ovogonie dans la region apicale du germarium: unc cellule somatique est visible en bas fi droite. × 9000. Fl(~. 3. Jeune ovocyte, avec debut de formation de complexes synapton~matiques (ll~ches) et nucleole fi structure

composite. × 6 700. Fro. 4, Ovocyte plac~ fi la base du germarium; la chromatine prend un aspect diffus, des complexes synaptonematiques (fleches) sont presents; la cellule a commence ~:~ s'accroitre et le cytoplasme est riche en ribosomes libres et en mitochondries. Les ovocytes sont separes par les prolongemems des cellules somatiques, ;:~

cytoplasme beaucoup plus clair. × 11 000.

Ultrastructure des Ovocytes et Vilellogenase 301

FIG. 5. Detail d 'un jeune ovocyte it la base du germarium. A proximite du noyatl (N) le cyt.oplasme -enferme quelques corps denses (ft6ches), constilu6s probablement de ribonucl6oprot6ines, et quelques citernes de reticulum endoplasmique; les dictyosomes sont tr+s d~velopp6s. Des prolongements des cellules somatiques ( ~ ) s+parent

2 ovocytes voisins. × 22 800. FI~. 6. Dans un jeune ovocyte fi la base du germarium, un mat6riel dense venant du noyau (N) passe par un pore nucleaire et gagne le cytoplasme (Cy). Darts celui-ci on volt plusieurs citernes de reticulum plus ou moins paralleles

et semblables fi l 'enveloppe nucl~aire, × 54 600.

302 JA(ou]~s BJ I ~;~. t t

d 'amas denses, elle se resoud en fins filaments disperses dans tout le nucleoplasme. Au cours de la previtellogenese le nucleole subit un fort accroissement et des modifications structurales, dont voici une courte description. D 'abord unique, le nucleole se fragmente en "nucleoles secondaires'" relics entre eux par un reseau de substance dense (Fig. 7); les mailles de ce reseau contiennent des fibres epaissies (Fig. 8). A un stade plus avance les nucleoles secondaires se multiplient et se disposent en couronne (Fig. 9): Pensemble du nucleole est devenu une sphere creuse, atteignant 17 ~m de diam~tre.

La vesicule germinative renferme en outre quelques spheres denses, qui representent probablement des emissions nucleolaires riches en ARN. Enfin un materiel finement fibrillaire, moyennement dense aux electrons, forme des nappes irregulieres disposees parallalement fi Penveloppe nucleaire (Fig. 11). A travers les pores nucleaires tres nombreux on observe l'extrusion, ~. la lois de ce materiel fibrillaire et de granules qui proviennent de la fragmentation des spheres denses. Dans le cytoplasme perinucleaire le materiel tibrillaire ne reste visible qu'au contact du noyau, tandis que le materiel dense s'individualise sous forme de nombreux grains perinucleaires (Fig. 10).

L'ensemble du cytoplasme se caracterise par son extreme richesse en ribosomes libres. Le reticulum endoplasmique, qui s'etait individualist autour du noyau, apparait maintenant dans tout le cytoplasme et se couvre de nombreux ribosomes. Le cytoplasme renferme egalement des mitochondries plus ou moins allongees, surtout abondantes vers la peripherie de l'ovocyte. Le contour ovocytaire devient tegerement irregulier et la membrane plasmique forme de courtes microvJllosites.

(C) Phase de ritelloge.~'~sc p r i . l a i re o . eIMo,~,&~e La premiere phase de la vitellogenese chez l, el~i.smaclfilis correspond fi la formation de

granules proteiques disseminas dens tout l 'ooplasme. Ces granules apparaissent au sein du reticulum endoplasmique et resuhent de syntheses ft l'interieur meme de l'ovocyte.

A ce stade la membrane plasmique de l 'ovocyte presente de courtes microvillosites, qui baignent dens l'espace periovocytaire encore peu developpe. Dens l'ensemble du cytoplasme les ribosomes libres demeurent abondants, les mitochondries sont eparses et les cilernes du reticulum endoplasmique se presentent sous forme d 'abondantes lames courtes, irreguliere- ment disposees (Fig. 12). Les premiers granules vitellins apparaissent fi l 'extremite de ces lames, 'a l'interieur de citernes dilatees, dont la membrane conserve ses ribosomes (Fig. 13). Les granules vitellins sont faits d'un materiel homogene, dense aux electrons, separe de la membrane limitante par un etroit lisere clair.

Au fur et fi mesure de la croissance des ovocytes, les granules primaires deviennent plus nombreux et leur taille augmente, sans depasser en general 1 1.5 lam de diametre, lls subissent une evolution, caracterisee par la formation d'une protuberance tres dense aux electrons. Par la suite cheque protuberance se transforme en un spherocristal presentant une alternance de couches denses et de couches claires (Fig. 15). La concretion ainsi formee mesure le plus souvent 1 1.5 tam dans son plus grand diametre.

Des dictyosomes tres developpes demeurent visibles pendant la phase de vitellogenese endogene, lls apparaissent generalement associes par2 (Fig. 14), parfois 3: sur leur face de formation ils sont limites par une citerne ergastoplasmique fortement arquee. Les vesicules de transition, ~. contenu finement granulaire, sont tres nombreuses et les saccules sont tres dilatees. Nous n 'avonsjamais observe de liaison entre des vesicules golgiennes et les citernes du reticulum ou apparaissent les granules vitellins primaires.

Uhrastructure des O'~ocx tcs et Vitellogcn6sc 303

Fl~s. 7 11. Captions on p.304.

304 JA( QUES BI [S('H

La vesicule germinat ivc at teint une taille d ' env i ron 40 lam de diametre; elle conserve un nucleoplasme clair et une enveloppe nucleaire tres riche en pores. Le nucleole a encore la forme d 'une sphere creuse, don t la paro i epaisse compor t e de nombreux nucleoles secondaires relies par une substance reticulee. La vesicule germinat ive renferme encore quelques spheres denses, riches en A R N et fi s t ructure gross ierement granulaire . Ces masses, qui representent des emissions nucleolaires, ar r ivent fi p roximi te de l ' enveloppe nucleaire; d ies viennent alors au contac t des nappes fibril laires deja mises en place au s tade precedent et qui se sont encore developpees, al lant jusqu ' f i tapisser la total i t6 de la face interne de l ' enve loppe nucleaire (Figs. 16 18). Dans le cy top lasme les grains denses per inucleaires tendent fi d ispara i t re .

(D) Phase de vitello~em;se secondaire Cette phase de vitellogenese, qui assure l ' accro issement pr incipal de l 'ovocyte , est

caracter isee pa r l 'existence d ' intenses phenomenes de micropinocytose , assuran t l ' i nco rpora t ion de prote ines synthetisees en dehors de l 'ovocyte . La vitel logenese secondaire se marque par la fo rma t ion de 2 types de globules vitellins, les globules g lycoprote iques et les globules l ipidiques; apparus au sein du cy top lasme per ipher ique, ces globules augmenten t progress ivement en nombre et en taille: ils finissent pa r occuper la total i te du cy top lasme de l 'ovocyte .

L 'espace per iovocyta i re , qui s 'etai t mis en place au s tade precedent , s 'est rempli d 'une substance homogene assez dense aux electrons (Figs. 19, 20). Les microvil losi tes ovocyta i res sont devenues plus nombreuses , elles s 'a l longent et se ramifient, fo rman t un feutrage serr6 dens la region moyenne de l 'espace per iovocyta i re (Fig. 20); leur cy top lasme est riche en microf i laments paral leles.

L ' i nco rpo ra t i on de grosses molecules prote iques , ayan t pr6a lab lement gagn6 l 'espace per iovocyta i re , se fair pa r un processus typique de micropinocytose . Entre les microvi l losi tes s ' isolent des vesicules revetues, d ' env i ron 0.1 pm de d iametre , con tenan t un mater ie l dense f inement granula i re (Fig. 20). Ces vesicules s 'enfoncent dens le cy top lasme cort ical; elles peuvent fus ionner entre elles pour donner naissance "a des globules vitellins, don t la m e m b r a n e devient lisse. Le cy top lasme cort ical de l 'ovocyte renferme d ' au t res vesicules contenu clair ou peu dense aux electrons, ainsi qu 'un systeme peu developp~ de " tubu les" m e m b r a n e lisse, parfois en continui t6 avec un petit g lobule vitellin. Enfin quelques corps mult ivesiculaires sont egalement presents.

Les globules vitellins resul tant de ces phenomenes d ' e ndoc y to se sont de na ture g lycopro te ique (ils reagissent pos i t ivement a I 'APS). Les globules de taille moyenne acquierent un cortex gross ierement granula i re en touran t la masse pr incipale dense et homogene. En meme temps que s ' accumulent les globules g lycoprote iques , il appa ra i t de

FIc;. 7. Oxocyte en previtellogenese. Dens le noyau (N) devenu vesicule germinative, le nucleole sest scinde en plusienrs masses denses qui restent unies entre elles. Le cytoplasme (Cy) perinucleaire renferme un grand nombre de

grains denses (fleches) provenant de l'extrusion d'un materiel d'origine nucleaire, x 4 200. Fi(i 8. Detail du nuclb, ole composite a un stade legerement plus avanc& les "'nuclboles secondaires" apparaissent COlnme des masses spheriques tres denses, & centre plus clair; ils commencent ~i se disposer en cercle, mais demeurent unis entre eux par un reseau de materiel dense, dans les mailles duquel se trouve de gros granules moyennement

denses, x 7 300. Fic;. 9. Dans un ovocyte plus fige, en fin de previtellogenese, le nucleo!e prend sur coupe une forme en couronne: le

hombre des "nucleoles secondaires'" s'est accru, mais ils demeurent unis entre eux. x 3 600. Fl(,. 10. Detail du cytoplasme perinucleaire, avec des grains denses provenant du noyau (N) et une lame de reticulum

endoplasmique, x 22 400. Fl(i. I 1. A l'mt&ieur du noyau (N) des nappes de materiel finement fibrillaire ont commence fi se former contre

l'enveloppe nucleaire. Les pores nucleaires sont tres nombreux (fleches). x 31 700.

Ultrastructure des Ovocytes ct Vitellogen6se 305

FIc~s. 12- 15. Captions on p.306.

306 JACQUI!S BI 1S('H

nombreux globules l ipidiques, reconnaissables it un contenu homog+ne assez clair et fi l ' absence de membrane limitante. Pendant route la vitel logenese secondaire, les granules prote iques fo rm,s pendan t la phase de vitellogen6se pr imaire demeurent presents et par fa i tement dist incts des globules glycoprot6iques, lls sont par t icul i6rement nombreux dans le cy top lasme cort ical et se reconnaissent au fair qu 'un cristal fi s t ructure concentr ique leur est ga, ndralement associ~: (Fig. 19). A ce s tade la membrane qui les en toure a perdu ses r ibosomes. Entre les volumineux globules vitellins, le cy top lasme est raduit 'a de fines trav~es, tr~zs pauvres en organites; il est un peu mieux repr6sent6 dans la zone cort icale de l 'ovocyte; pauvre en r ibosomes libres, il ne mont re que de petites citernes endoplasmiques dilat6es, 'a paro i pauvre en r ibosomes. En fin de vitellogen6se du glycog6ne appara i t , toujours en faible quanti t6.

Pendant que s ' accumulent ainsi les futures reserves de l 'oeuf, le noyau de l 'ovocyte subit de nouvelles t rans format ions . Au debut de la vitel logenase secondaire , la v6sicule germinat ive a t te int environ 70 ~2m de diam6tre. Le nucl6ole est devenu une masse globuleuse pleine d ' env i ron 30 lam, dense aux electrons mais creusae de " 'vacuoles" de tailles variees et /t contenu clair, semblable au nucleoplasme. A la pariph6rie du noyau les nappes fibril laires se sont encore d6velopp6es, al lant jusqu ' i t tapisser la presque total i t6 de la face interne de Venvcloppe nucl6aire. L 'achavement de la premiere division de ma tu ra t ion n 'a pas 6tb observee au microscope 61ectronique.

(E) L 'ovocyle lW/u]anl /e d@~t de ses enveloppes La fin de la vitellogen6se est marqu6e par une densif icat ion du mat6riel contenu dans

l 'espace per iovocyta i re , condu isan t a la fo rmat ion d 'une enveloppe vitelline homogene; imm6dia tement apr6s commence le d6p6t du chor ion, r6sultant de l 'activit6 de l'6pith61ium foIliculaire (une descr ipt ion detaill6e de ces ph6nomenes a 6t6 donn6e dans un pr6cedent article: Bitsch, 1980). Les microvil losit6s ovocyta i res , qui ba ignaient dans la s6cr6tion pbr iovocyta i re , se sont rbtract6es et ont 6t6 remplac6es pat" de cour ts replis de la membrane plasmique, recouvert d ' un glycocalyx assez abondan t .

DISCUSSION

(A) Ph&lomAws rawly;aires 1. Division de cellulesverminales. Les donndes les plus precises concernant les ph6nom~nes

nucl6aires de l 'ovogen6se chez un Thysanoure (Thermobia domestica) sont fournies par Perrot (1933). L ' au t eu r d~:crit des mitoses goniales, puis la premi6re division de ma tu r a t i on des ovocytes; la seconde division de ma tu r a t i o n n ' a lieu qu 'apr6s l 'oviposi t ion. Chez les Machi l idae les observa t ions his tologiques laissent penser que des mitoses goniales ont agalement lieu chez l 'adul te , mais elles n 'on t pas 6t6 retrouv6es avec cer t i tude lors de l '6tude ul t ras t ructurale . Les rares images de mitoses observ6es dans le ge rmar ium pour ra ien t

["i(,. 12. Periph&ie d'tm ovocyte en debut de vitellogenese primaire, ke cytoplasme est encore tr&s richc en ribosomes libres, le REG s'est fortement developpd et des granules proteiques trds denses (v 1) sont apparus it l'int6rieur de citernes dilalees du reticulum endoplasmique. Des microvillositds ont commence fi se former sur toute la surface de

l'ovocyte: elles viennent au contact des cellules folliculaires (cf.) x 22 200. FI(;. 13. Detail d'un granule proteique en debut de formation dans une citerne dilatee fi l'extremite d'une lame du

REG. ×44000. Fu< 14. Les complexes golgiens sont encore tr& developpes pendant la vitellogenese primaire: le plus souvent ils apparaisscnt groupes par deux. Le cytoplaslne inontre de noinbreux ribosomes libres et des granules vitellins denses

(v 1). × 32 500. FIc~. 15. Sph,Srocristal forine fi Fun des pdles d'un granule vitellin primaire, x 26 000.

1,Jhrastructure des Ox.ocytes ct Vitcllogcndse 307

f ;

:8

FI{;. 16. Darts tm ovocyte ell t ou r s de vilellogendse endogdnc, lc noyau N rcnfcrmc tm materiel tibrillaire, qui tapb, se I 'cnveloppe nucl/~aire. Sur la photo presenlae ce materiel l'ormc en outrc unc masse (lldche) dont la structurc rdticulde est bien visible du f'ail de l 'orientation de la coupe. Le cytoplasme contient de nombreux granules vitellins primaires.

x 6 700.

Fl(;. 17. A l'interieur du noyau (N) d 'un ovocyte au m~me stade, on \.oit tree &mission nucl~}olaire repldSeHde par une sphere dense de structure granulaire ( ,* I: celle sphere est encore adjacente au nuclSolc, dont on aper£oi lc bord en haut de la fig. Plus pros de l'envek?ppe nucl&aire, la sph~}re dense vient au contact d 'unc nappe de nat~riel finement fibrillaire (fleches): elle a emis un fragment qui s'esl insinut} entre cette nappe el l 'enveloppe nucleaire et qui

gagnera probablement le cytoplame (C3) p/~rinucl,Saire. × 22 300. FIe;. 18. Autre detail de la p~ripherie du meme noyau (N), montrant le maldricl fincmcnt fibrillaire (fldchc) et une

(:mission nucl~olaire dense ( ,*- ). × 27 400.

,-?

c _=

Ultrastructure des Ovocytes et Vitellogenese 309

concerner d'autres cellules que les ovogonies. Au contraire le debut de la prophase meiotique est bien reconnaissable sur les coupes ultrafines. L'appariment des chromcsomes homologues se traduit par la formation de complexes synaptonematiques, presents pendant les phases zygotene et pachytene. De tels complexes sent connus chez de nombreux lnsectes, comme Go,llus, Drosophila, Aedes (revue dans Brusle, 1972 et dans Mahowald, 1972), Rhodnius (Huebner et Anderson, 1972) ou encore le Collembole Folsomia (Palevody, 1973).

2. Le nucl~;ole et les ~;missions nucldolaires. D'importantes transformations afl'ectent le nucleole des jeunes ovocytes. Des etudes minutieuses ont eta consacrees "aces organites chez les Grillons (Bier et el., 1967; Favard-Sereno, 1968; Cave et Allen, 1969, 1974; Allen el~ Cave, 1969, 1972), mais aussi chez les Blattes (Bonhag, 1959: Anderson, 1964: Bier et al., 1967) et chez l 'Odonate Cordulia aenea (Halkka et Halkka, 1968, 1975).

Nos observations sur Lepismachilis montrent des faits assez semblables a ceux dacrits chez ces Pterygotes, mais aussi certaines particularitOs. Au debut de la maturation de l'ovocyte, le nucleole s'accroit fortement et change de forme. D'abord massif, il devient une sphere creuse lots de la previtellogenese, puis une masse "'vacuolaire" lots de la vitellogenese seco~adaire. Tout en conservant une apparence unique, il se fragmente, mais ces nucleoles secondaires restent relies entre eux par un reseau de substance dense. Les nuclaoles secondaires presentent une structure heterogene, due h la segregation de plusieurs types de materiels, qui doivent correspondre aux "zones granulaires" et aux "'zones fibrillaires" classiquement decrites. L'activite du nucleole se traduit par l'emission de masses granulaires denses, qui se fragmentent et passent ensuite dans le cytoplasme. Une des caracteristiques de la phase de previtellogenese est justement l'existence de tres nombreux grains denses perinucleaires.

(B) La croissaJlce etqdasmique el/ 'accumulation de reserves 1. Pr~!vitel/ogen&'e. Avant que n'apparaissent les premiers globules vitellins, les ovocytes

subissent une forte croissance euplasmique, impliquant d'importantes syntheses proteiques • a l'interieur de l'ooplasme. On note en particulier l'accroissement considerable des ribosomes libres. Dans les tout jeunes ovocytes qui amorcent leur croissance le reticulum endoplasmique se met en place autout du noyau, sous forme de lames aplaties paralleles 'a l'enveloppe nucleaire et, comme elle, tres pauvres en ribosomes. Ulterieurement des citernes ergastoplasmiques apparaissent dans l'ensemble du cytoplasme. Les complexes golgiens sent tres developpes.

2. Vitellogen&e primaire. La vitellogenese primaire correspond a une synthese endogene de vitellus proteique: de petits granules denses, dissemines darts l'ensemble du cytoplasme, se ferment dans des vesicules ergastoplasmiques. Les granules primaires augmentent

Fl{i. 19. Fragment d'un ovocytc en debut de vitellogenese sccondaire, entour6 de cellules l'olliculaires (cf). Lespace periovocytaire (-*-) est rempli d'une secretion dense, dans laquelle baignent les nombreuses microvillosites ovocytaires. Dans le cytoplasme peripherique de l'ovocyte on observe: (a) de nombreux granules vitellins primaires (v I ) en partie mineralises (les spherocristaux ont 6t6 attaches lors de la coupe): (b) des globules glycoprotbiques secondaires (v 2) presentant un cortex granuleux et entour6s d'une membrane: (c) des globules lipidique:; (L) peu

denses. × 6 900. FIG. 20. Coupe 16g6rement tangentielle d'un ovocyte en cours de vitellogenese secondaire: la micropinocytose est intense. En haut fi gauche on volt l'espace periovocytaire rempli d'une secretion dense off baignen~: les tres nombreuses microvillosit6s (mv) ramifiees. Entre les bases des microvillosites se ferment les vbsicules de pinocytose (filches). Des granules vitellins primaires (v 1 ) sent reconnaissables: ils presentent fi un de leurs peles une saillie tres

dense qui 6volue en un spherocristal (partiellement arrache sur la coupe), x 19 500.

310 J,~,cqn I s BI [N('II

rapidement en nornbrc et en taille; ils persistent jusqu'a la fin de la maturation de l'ovocyte. Leur membrane est d 'abord rev~}tue de ribosomes, permettant une synthese de materiel proteique, mais elle perd ses ribosomes par la suite. La quasi-totalite des granules primaires subit ensuite une mineralisation.

L'existence d'une vitellogenese endogene a dejit 6t6 decelee chez un autre Apterygote de la famille des Machilidae: Pelrohius marilinms (Cantacuzene et Martoja, 1972). Chez cet insecte une importante fraction du vitellus proteiquc, representee par les plaquettes P 1, est d'origine endogene. Ces plaquettes subissent une mineralisation et les spherocristaux qui en resultent sont constitubs de phosphates varies, de calcium, de magnesium, de potassium ou de manganese, selon les Thysanoures 6tt|dies (Martoja, 1972).

L'accumulation de structures cristallines dans les ovocytes a ere parfois signalee. Chez un Zygotene l 'ovocyte en cours de vitellogenesc se charge de cristaux d'urates (Cantacuzene et Martoja, 1967). Dens les ovocytcs du Myriapode Po/vdesnms complanatus des concretions apparaissent, des le debut de la vitellogen6se. ;t l'interieur des citernes dilatees du reticulum endoplasmique granulaire: ellcs sont faites de phosphates et carbonates de calcium, associes a une trame prot6ique (Petit, 1970).

3. l'ilel/o~,ell~'~se secomtaire. La deuxieme phase de la vitellogenese de LepisnTachilis, assurant le grand accroissement des ovocytes terminaux, consiste en la formation simultanee d'un nombre considerable de globules glycoproteiques et de globules lipidiques; apparus dens le cytoplasme cortical, ils finissent par occuper la totalite du cytoplasme. L'origine exogene des proteines vilellines a ete demontree chez divers Plerygotes ~l l'aide de techniques variees (voir les raises au point de: Teller, 1965; Teller et Smith, 1970: Mahowald, 1972" Nardon, 1978). En regle g&lerale ces proteincs, synthetisees dens le corps gras, gagnent l 'ovocyte en traversant la /IHll'CU propria qui entoure les ovarioles, puis en passant entre les cellules [~lliculaires qui s'ecartent sous l'intluence de l 'hormone juvenile. |1 est vraisemblable que chez L~7fismachilis egalement la majeure partie des proteines accumulees pendant la phase de vitellogenese secondaire ont une origine extra-ovarienne. Toutefois il faut noter que les cellules lk)lliculaires de Lepismachilis ne s'ecartent jamais fortement les unes des autres, que des le debut de la vitellogenese secondaire elles sont le siege d ' importantes syntheses proteiques (ct lipidiques) et qu'elles peuvent emettre dens les espaces intercellulaires un materiel dense qui gagne l'espace periovocytaire (Bitsch, 1980). Dans ces conditions il se pourrait que l'epithelium folliculaire de k~7~ismachilis synthetise lui aussi des proteines venant s 'ajouter ;t celles qui proviennent de l 'hemolymphe, ou du moins qu'il elabore des substances necessaires ~'t l ' incorporation des proteines exog+nes par l'ovocyte. Naturellement l'emploi de techniques appropriees serait indispensable pour etayer ces hypotheses.

Le debut de la vitellogenese secondaire est marque au plan ultrastructural par d ' impor tan tes transl~\)rmations liees a llt membrane plasmique de l 'ovocyte. Les microvillosites augmentent beaucoup en hombre et en longueur, ce qui accroit considerablement la surface d 'absorption de l'ovocyte. L'espace periovocytaire, en grande pattie occupe par ces villosites, contient un materiel plus ou moins dense, qui est incorpore dens l 'ovocyte par micropinocytose, selon le schema classique decrit chez de nombreux Pterygotes, notamment les Odonates (Beams et Kessel, 1969), les Blattes (Anderson, 1964, 1967, 1969), Grvllus (Favard-Serano, 1964, 1972), Locusta m&ratoria (Glotzene-Bentz, Porte et Joly, 1972: Goltzene, 1977: Bassemir, 1977).

Nous ne connaissons pas l'origine des globules lipidiques qui s'accumulent dans l 'ovocyte de Lepismachili.sv ils se l\~rment sans liaison apparente avec des organites cytoplasmiques. I1

Ultrastructure des Ovocytes et Vitellogen&se 311

faut noter que les cellules folliculaires entourant l 'ovocyte en cours de vitellogenese secondaire sont elles aussi capables de synthetiser des lipides, qui forment de volumineux globules dens la region basale des cellules; mais il n'existe peut-etre aucune liaison entre ces lipides et ceux qui vont s'accumuler dans l'ovocyte.

Du glycogene apparait seulement lorsque la vitellogenese secondaire est tres avancee, et en quantit6 reduite.

(C) Importance re/ative de/a vite//ogen&'e primaire et de/a vite//og, en~;se second&ire the=/es ,4 thropodes

Les 2 types de vitellogenese prothique qui se succedent chez les Machilidae n'ont pas la meme importance quantitative; sans pouvoir chiffrer les volumes respectifs, il est evident que la phase de vitellogenese secondaire permet ~ l 'ovocyte de stocker une quantite bea.ucoup plus importante de reserves que la phase de vitellogenese primaire. Compte tenu de la position phylogenetique particuliere des Thysanoures, il semble intbressant de comparer leur cas ~. ceux d'autres lnsectes, Apterygotes et Pterygotes, et meme ",i ceux d'autres Arthropodes.

Chez les Protoures la quasi-totalite du vitellus proteique resulte de syntheses ~. l'inthrieur de l'ovocyte: c'est le cas d'Acerentomon dispar (Jura, 1975) et d'A. ,vallicum (Bilinski, 1977). Chez les Collemboles une vitellogenese mixte, comportant a. la lois des syntheses endogenes et l ' incorporation de proteines d'origine extraovarienne, a ete observee chez Te~rodon- tophora bielanensis (Bilinsky, 1976) et chez Folsomia can~fda (Palevody, 1976).

Chez les Pterygotes, une vitellogenese endogene a parfois ere soupgonnee; ain:d chez Leucophaea, Periplaneta, Macrotermes ou Drosophila (revue dans Mahowald, 1972 et dans Nardon, 1978). Chez Grvllus une phase initiale d'accumulation des reserves glycopro :eiques resulte de syntheses 'a l'interieur du cytoplasme cortical de l'ovocyte, mettant en jeu le REG et les dictyosomes; mais les reserves ainsi produites semblent en faible quantite par rapport 'a celles resultant de processus de micropinocytose (Favard-Sereno, 1972). Chez Locusta mi,zratoria une premi&e phase de la vitellogenese, marqu4e par la synthese de proteines dans des vesicules ergastoplasmiques, a egalement ate observee (Goltzene-Bentz, Porte et Joly, 1972).

Par la double origine de leur vitellus proteique et par l 'importance plus ou moins gr~nde de leur vitellogenese endogene, les Apterygotes se rapprochent davantage des Crustaces que de la majorite des Pterygotes. Dans les ovocytes des Crustaces 6tudias au plan ultrastrt~ctural, l'existence d'une vitellogenese endogene est reconnue dans tous les cas. Chez les Ecrevisses Camharus et Orconectes, Beams et Kessel (1963), puis Ganion et Kessel (1972) indiquent que la quasi-totalite du vitellus proteique est synthetisae 5. l'interieur de l'ovocyte. Cependant Zerbib (1979) chez Astacus montre que la vitellogenese endogene est suivie d'une phase de vitellogenese secondaire. Une telle origine mixte, endogene puis exogene, du vitellus proteique semble generale chez les Crustacas. Elle est decrite chez divers Brachyoures, comme Libinia emarginata (Hinsch et Cone. 1969), Cancer pa~urus (Eurenius, 1973) et Eriocheir sinensis (Dhainaut et De Leersnyder, 1976), ainsi que chez l 'Amphipode Olchestia ,vammarella (Zerbib, 1973). On la connait 6galement chez un Arthropode aussi archa'ique que la Limule (Dumont et Anderson, 1967).

Comme on le voit, l'ovogenese des Apterygotes, celle de Lepsimachilis en particulier, presente des caracteres assez originaux parmi les Insectes. Ceci est vrai non seulement pour les aspects ultrastructuraux, mais aussi pour la physiologie de leur reproduction. Compte tenu du fair que les adultes continuent 5 muer, on dolt s'attendre ~ ce que la regulation des

312 JACQUES BrfSCH

c yc l e s r e p r o d u c t e u r s et ce l le d e s cyc l e s d e m u e ne s o i e n t p a s i n d e p e n d a n t e s . L ' a c t i o n

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d a n s c e r t a i n e s o b s e r v a t i o n s e t d o s a g e s , d e m a n d e r a i t fi 6 t re p r e c i s e e p a r d e s m e t h o d e s

e x p e r i m e n t a l e s .

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