Reproduction et développement du poisson-zèbre

Biology II
 

Summary

Le poisson zèbre (Danio rerio) est devenu un modèle populaire pour l’étude de la génétique et de la biologie du développement. La transparence de ces animaux à des stades primitifs du développement permet la visualisation directe de la morphogénèse tissulaire au niveau cellulaire. De plus, les poissons zèbres sont faciles à manipuler génétiquement, permettant aux chercheurs de déterminer l’effet de l’expression d’un gène sur le développement d’un vertébré avec un haut degré de similarité génétique avec les humains.

Cette vidéo fournit un bref aperçu des phases principales du développement du poisson-zèbre, avec une concentration particulière sur les premières 24 heures après fécondation. L’explication commence avec un zygote constitué d’une cellule unique, ou blastomère, au sommet d’une large balle de vitellus. Le clivage du blastomère est alors montré pour produire un embryon contenant des milliers de cellules en l’espace de quelques heures. Ensuite, les mouvements cellulaires spectaculaires connus comme l’épibolie et la gastrulation sont expliqués, révélant comment ils contribuent à remodeler une masse de cellules en un embryon mobile avec un coeur qui bat en seulement 1 jour. La présentation suit le développement des embryons à travers la phase d’éclosion, lorsqu’ils commencent à nager, et deviennent des larves à nourrir. Des considérations importantes pour prendre soin des larves sont incorporées, incluant un bref rappel de comment les poissons sont élevés jusqu’à l’âge adulte dans une installation dédiée à cela, appelée nurserie. Finalement, la vidéo conclut avec quelques techniques habituelles utilisées pour l’étude du développement embryonnaire, démontrant comment les poissons-zèbres sont utilisés pour nous aider à mieux comprendre le développement humain et ses maladies.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Les organismes modèles II : La souris, le poisson-zèbre et le poussin. Reproduction et développement du poisson-zèbre. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Les embryons de poisson-zèbre ont de nombreuses caractéristiques qui en font un des modèles favoris parmi les biologistes du développement. Leur développement rapide et externe et leur transparence les rendent exceptionnellement adaptés à la visualisation. De plus, les embryons sont disposés aux manipulations, tant physiques que génétiques, autorisant les chercheurs à démêler les signaux contrôlant les processus du développement. Cette vidéo passe en revue le cycle de vie du poisson-zèbre, les premiers stades du développement de l’embryon, la croissance du poisson jusqu’à l’âge adulte, et met en évidence certaines techniques qui profitent du développement des embryons de poisson-zèbre.

Tout d’abord, passons en revue les étapes de base du développement du poisson-zèbre.

Le cycle de vie du poisson-zèbre est divisé en quatre périodes principales : embryon, larve, juvénile et adulte. Le cycle de vie complet de l’oeuf fertilisé à l’adulte ne prend pas plus de 90 jours.

Le développement primitif apparait à un taux rapide mais prédictible lorsque les embryons sont élevés à 28°C. Par conséquent, les stades peuvent être défini comme le nombre d’heures ou de jours après la fécondation (communément abréviés comme vous le voyez par hpf ou dpf). Cependant, si la température d’incubation est augmentée ou diminuée, les stades peuvent être plus précisément identifiés par les caractéristiques morphologiques. Par cette méthode, les premières 24 heures sont divisées en 5 phases : zygote, clivage, blastula, gastrula, et segmentation. La période de la pharyngula inclut les 24 prochaines heures jusqu’à ce que les embryons éclosent en larves.

Maintenant que vous êtes familiers avec les stades principaux du développement du poisson-zèbre, regardons les 24 premières heures plus en détails.

Le cycle de vie du poisson-zèbre commence avec un oeuf fertilisé. Ce zygote a quelques structures importantes, incluant la membrane protectrice qui entoure l’embryon appelé chorion et le vitellus qui fournit les nutriments pour le développement embryonnaire jusqu’à ce que le poisson puisse se nourrir lui-même. Peu après la fécondation, le cytoplasme se déplace vers un pôle de l’oeuf en gonflant une cellule unique appelée le blastodisque.

Lors de la période de clivage, le blastodisque se divise pour former les blastomères, qui continuent de subir des divisions cellulaires rapides et synchrones sans croissance cellulaire.

Ces divisions rapides sont possibles parce que l’ARN déposé dans l’oeuf par la mère est utilisé pour fabriquer les protéines fonctionnant à l’intérieur des blastomères, éliminant le besoin de synthèse d’ARN. Lors de la période de la blastula, l’embryon commence à fabriquer son propre ARN, prolongeant ainsi le cycle de la cellule. Cette période inclut aussi le début d’un mouvement spectaculaire des cellules au-dessus de la surface du vitellus, connu comme épibolie.

Lorsque les cellules ont avancé pour couvrir environ la moitié du vitellus, la période de la gastrula commence. Cette période fait reference à un type de mouvement différent, connu comme gastrulation, lors de laquelle les cellules migrent sous la cellule proéminente. Trois couches distinctes de cellules appelées couches germinales sont le résultat de cette étape, incluant l’endoderme, le mésoderme, et l’ectoderme. Les cellules dans chacune de ces trois couches ont des destins très différents : l’ectoderme donne naissance à l’épiderme et au système nerveux, l’endoderme forme le ventre, et le mésoderme crée les muscles, les os et le réseau vasculaire.

12 heures après fécondation, le mésoderme commence à se diviser en somites, qui sont des segments de tissu le long du tronc qui vont plus tard devenir des muscles. Bien que le nombre de somites définisse les stades individuels dans cette période de segmentation, il se passe bien plus que cela lors de ces 10 heures. En effet juste 24 heures après fécondation, les embryons sont actifs et ont même un coeur qui bat !

Un long chemin a été parcouru en seulement un jour, mais le travail de l’embryon n’est pas encore fini ! Les embryons continuent à se développer à l’intérieur de leur chorion jusqu’à ce qu’ils éclosent en larves environ 3 jours après fécondation. Tout en épuisant rapidement l’énergie stockée du vitellus, les larves développent bientôt des structures spécialisées pour la nage, comme la vessie natatoire : un organe rempli de gaz qui contrôle la flottabilité. 7 jours après fécondation, les jeunes poissons sont complètement mobiles et cherchent la nourriture !

Prêt à adopter un poisson ? Vous aurez besoin d’une crèche pour élever votre jeune poisson vers l’âge adulte. Non, pas ce genre de creche... Les larves sont placées dans des récipients avec peu ou pas d’échange d’eau pour commencer, et une augmentation du flux d’eau dès que les poissons améliorent leur habilité à chasser et nager. Les larves sont habituellement nourries avec une combinaison de nourriture séchée réhydratée et de microorganismes, comme le paramecia, pour maximiser les taux de croissance. Après 2 à 3 mois dans la nurserie, les poissons atteignent l’âge adulte, reproducteur, bouclant le cycle de vie.

Maintenant que nous avons vus quelques unes des étapes principales du développement des poissons-zèbres, regardons quelques techniques utilisées pour étudier ces étapes.

La petite taille et la transparence des embryons de poisson-zèbre les rendent disposés à l’hybridation d’ARN in situ. Cette technique utilise une molécule d’ARN complémentaire marquée à un ARNm d’intérêt, pour visualiser l’expression du gène à travers tout l’organisme. Des changements dans l’expression du gène au cours du temps et dans des organes spécifiques sont facilement observés, et fournissent un aperçu des procédés de développement.

De plus, le développement externe des embryons de zebrafish les dispose à la transplantation cellulaire. Des cellules provenant d’embryons primitifs marqués par fluorescence peuvent être transplantées dans des embryons hôtes non marqués, et suivies au cours du temps. Cette méthode permet aux chercheurs d’examiner comment les interactions cellulaires contribuent au fonctionnement des organes et également de visualiser facilement les mouvements cellulaires in vivo.

Parce que les embryons de poisson-zèbre sont facilement manipulés génétiquement par microinjection, les chercheurs peuvent examiner le rôle de gènes spécifiques lors du développement, dès le stade unicellulaire. Par exemple, pour étudier l’effet de perte de fonction d’un gène, le zebrafish peut être injecté avec des morpholinos, qui sont des oligonucléotides antisens créés pour bloquer l’expression des protéines. La recherche dans des poissons injectés de phénotypes du développement, tels que des changements dans l’assemblage des vaisseaux sanguins, fournit une idée de contrôle génétique de procédés complexes du développement.

Vous venez de regarder la vidéo de JoVE sur le développement du poisson-zèbre. Cette vidéo expose le cycle de vie du poisson-zèbre, couvre les étapes du développement des poissons-zèbres primitifs, et met en évidence la puissance du zebrafish comme outil en biologie du développement. Merci de nous avoir regardé !

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