EVOLUTION RYTHMIQUE DE L'APPAREIL DE GOLGI ET DU PLASMALEMME EN LIAISON AVEC LA CROISSANCE

DE LA PAROl ENVELOPPANT LE PROTHALLE ~ CENOCYTIQUE

DE L'EPHEDRA DIST ACHY A L.

BERNARD MOUSSEL et COLETTE MOUSSEL

Laboratoire de Biologie Vegetale Appliquee du Museum National d'Histoire Naturelle, Reims, France

Laboratoire de Botanique, Faculte des Sciences, Reims, France

L'un de nous (B. MoussEL 1971a et 1971b) a deja montre que le grandissement du prothalle cenocytique ~ de l'Ephedra distachya est surtout marque par celui de la vacuole centrale, nee de la fusion des deux vacuoles megasporales et « nourrie » a chaque cycle mitotique par un systeme vacuolaire peripherique. Cette augmentation du volume prothallien s'accompagne d'un grandissement concomitant de la paroi megasporale qui englobera le gameto­phyte £emelle jusqu'a la fin de son developpement. La presente note a pour but d'etudier les modalites de cette croissance au niveau ultrastructural.

MATERIEL ET METHODES

Les ovules preleves a Penthievre (Morbihan) aux mois de mai 1971 et 1972 ont ete disseques (suppression de toutes les bractees et du tegument externe), fixes au glutaraldehyde postosmie et indus dans l'araldite. Les coupes fines ont ete contrastees par !'acetate d'uranyl et le citrate de plomb ou traitees par la methode de Thiery au thiosemicarbazide-proteinate d'argent (TSC) pour la mise en evidence des polysaccharides.

RESULTATS

Apres avoir decrit rapidement la paroi megasporale, nous envisagerons les divers aspects, tant de l'activite golgienne que de la synthese et de la mise en

[Caryologia, Vol. 25, suppl., 1973

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reserve provisoire des polysaccharides. Nous presenterons enfin les differents types de formations plasmalemmiques rencontres.

1) La paroi megasporale.

Son epaisseur est faible ( elle ne depasse pas 1 ,5 a 2,5 IJ.) et ne varie pas notablement au cours du grandissement du prothalle. La paroi ne presente pas de structure particuliere ( c£. Fig. 6) et enveloppe uniformement le pro­thalle dont elle renforce l'individualite; elle est separee des cellules nucellaires saines par les restes cytoplasmiques et parietaux des cellules les plus proches, ecrasees par le prothalle en croissance. Ces cellules necrosees apparaissent sous la forme de masses tres denses aux electrons. La facilite avec laquelle on peut isoler le prothalle du tissu nucellaire - du mains lorsque sa taille est suffisamment importante - souligne son individualite.

2) Activite golgienne et synthese des polysaccharides.

Si l'on prend comme base de discrimination le seul appareil de Golgi, les prothalles peuvent etre rattaches - quel que soit le nombre de leurs noyaux libres - a deux types differents. Toutefois, nous constaterons que l'intensite des phenomenes observes est d'autant plus grande que le nombre des noyaux du gametophyte est plus eleve.

TYPE 1 (Figs. 1-2). Les prothalles appartenant a ce premier groupe- quelle que soit leur taille, rappelons-le - presentent une intense activite golgienne. Les dictyosomes, de petite taille, sont tres nombreux et emettent deux sortes de vesicules VI et V2. Les vesicules VI, mesurant environ 0,1 !J. de diametre, ont un contenu tres dense aux electrons aussi bien apres coloration par !'ace­tate d'uranyl-citrate de plomb qu'apres le test de Thiery. Les vesicules V2 sont de plus grande taille: elles peuvent atteindre 0,5 !J.. Lorsqu'elles ne sont pas encore detachees des dictyosomes, leur membrane est seulement visible apres coloration au plomb mais ne reagit pas positivement au test de Thiery alors que celui-ci revele leur contenu finement fibrillaire. A mesure qu'elles s'eloi­gnent du dictyosome, leur membrane est de plus en plus soulignee par les grains d'argent

Dans les gros prothalles de ce type, le nombre des dictyosomes est toujours plus eleve et on observe couramment des images telles que celles presentees Fig. 5 a, b, c. Tres frequemment (Fig. 5 a et b, dictysome dl), des dictyosomes, dont les deux faces sont concaves, presentent un nombre de saccules (jusqu'a 8 ou 9) plus eleve que le nombre habitue! (3 ou 4). Dans d'autres cas, egalement repandus (Fig. 5 b et c), un ou deux saccules, tres

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argues, ont une section arrondie et ne demeurent paralleles aux autres saccules que sur une portion reduite de leur longueur. Enfin, nous avons pu parfois observer (Fig. 5 d) deux dictyosomes relies par un fin filament (fleche).

Simultanement, la synthese des polysaccharides est particulierement intense dans ces gros gametophytes comme en temoignent les contenus des vesicules VI et V2. En outre, ces gros prothalles de type 1 renferment une lroisieme categorie de vesicules (V3) probablement d'origine golgienne. Leur

Fig. I. - Groupe de dictyosomes dans un prothalle de type 1 (Thiery, x 36.000). Fig. 1. - Cluster of dictyosomes in a type 1 prothallus. (Thiery, x 36.000).

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taille est legerement superieure a celle des vesicules V2. Si le test de Thiery ne revele aucun materiel de nature polysaccharidique a l'interieur de ces vesicules, il souligne fortement leur contour pourtant assez flou. Par contre, lorsqu'elles sont au contact du plasmalemme, leur membrane apparait beau­coup plus nette et plus fine (Fig. 6 fleche). Ces vesicules sont distinctes des formations plasmalemmiques que l'on rencontre couramment dans les deux types de prothalles quel que soit leur age.

TYPE 2 (Fig. 3 ). Dans ce deuxieme type de prothalles, le nombre et l'acti­vite des dictyosomes sont beaucoup plus faibles que dans le type precedent. Par contre, on note la presence de vesicules de concentration de tres grande taille (mesurant jusqu'a 5 !J. de diametre) dont la membrane, aussi bien que le contenu, sont intensement colores par le TSC-proteinate d'argent. Ces vesicules renferment des fibrilles disposees en un reseau occupant tout leur volume et au sein duquel on remarque generalement un nucleoide tres dense. On en observe couramment au voisinage de la paroi ou meme deversant leur contenu dans le periplasme (Fig. 4 ), leur membrane limitante etant alors en continuite avec le plasmalemme. Par !'importance du materiel poly­saccharidique accumule. ces vesicules de concentration rappellent celles que nous avons observees dans les cellules des cols archegoniaux (B. MoussEL 1972).

Dans les gros prothalles de ce type, les vesicules de concentration attei­gnent un developpement extremement important et tendent parfois a venir envahir la vacuole centrale (Fig. 7); meme dans ce cas, leur membrane limi­tante reste intacte.

3) Plasmalemme et formations plasmalemmiques.

Tous les prothalles observes, quelle que soit leur taille, presentent trois types de formations en rapport avec le plasmalemme et montrent la meme reactivite que lui au TSC - proteinate d'argent.

Fig. 2. - Dictysome dans un prothalle de type 1. Noter la membrane, bien visible, des ve­sicules v, (acetate d'uranyl-citrate de plomb, x 36.000). Fig. 3. - Vesicule de concentration dans un prothalle de type 2. Remarquer Ia presence d'une vesiculare v, (fleche) venant probablement apporter a cette vesicule de concentration son contenu polysaccharidique. (Thiery, x 36.000). Fig. 4. - Vesicule de concentration s'ouvrant dans le periplasme. (Thiery, x 36.000).

Fig. 2. - Dictyosome in a type 1 prothallus. Notice the obvious v, vesicle membrane. (uranyl acetate-lead citrate, x 36.000). Fig. 3. - Concentration vesicle in a type 2 prothallus. Notice the presence of a v, vesicle (arrow) which is probably supplying its polysaccharidic content to that concentration vesicle. (Thiery, x 36.ooo). Fig. 4. - Concentration vesicle pouring its content in the periplasm. (Thiery, x 36.000).

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a) Des plasmalemmasomes (Fig. 8 a), au contenu heterogene (vesi­cules et elements :fibrillaires de nature polysaccharidique).

b) Des evaginations du plasmalemme dans le periplasme qui, par constriction de leur base, donnent naissance a de petites vesicules plasma­lemmiques, mises en liberte au contact de la paroi (Fig. 8 b).

c) Des enroulements du plasmalemme produisant des corps multi­lamellaires (Fig. 8 c et d).

DISCUSSION ET CONCLUSIONS

1) Paroi megasporale.

Etant donne que l'epaisseur de la paroi ne varie pas au cours de la croissance du prothalle, !'intense activite de la synthese des polysaccharides a done pour seul e:ffet d'augmenter sa surface.

2) Dynamique de l'activite golgienne: relation entre les prothalles de type 1 et 2.

Les photographies presentees ne constituent, certes, que des images :6-gees, mais deux observations nous autorisent a penser qu'elles temoignent d'une evolution continue de l'appareil de Golgi. D'une part, les vesicules Vt

apportent leur contenu polysaccharidique aussi bien ala paroi (Fig. 9) qu'aux vesicules de concentration (Fig. 3 ); par ailleurs, la comparaison des Figs. 1, 10 et 3 (fleche) nous permet de conclure que les vesicules V2 agees, ayant alors acquis une morphologie comparable a celle des vesicules de concentra­tion, sont tres problement a l'origine de ces dernieres et participent acti-

Fig. 5. - Aspects particuliers des dictyosomes dans les gros prothalles de type 1. a) deux dictyo­somes opposes par leur face de formation. (x 22.000). b) le dictyosome d, possede un saccule rres arqm!; noter la presence d'une vesicule v, a son contact. (x 22.000). c) dictyosome a deux saccules concentriques. (x 22.000). d) deux dictyosomes reunis par un fin filament. (x 30.000). (a : acetate d'uranyl-citrate de plomb; b, c, d : Thiery). Fig. 6. - Migration des vesicules v, vers le plasmalemme. (Thiery, x 32.000). Fig. 7. - Vesicule de concentration envahissant la vacuole centrale V, dans un gros prothalle de type 2. La membrane limitante de cette vesicule demeure intacte. (V : vacuole centrale; v.c. : vesicule de concentration; Thiery, X 2.800). Fig. 5. - Particular aspects of dictyosomes in large type 1 prothalli. a) two dictyosomes facing one another by their formation sides. (x 22.000). b) d, dictyosome with a much arched saccule; notice a v, vesicle at its contact. (x 22.000). c) dictyosome with two concentric saccules. (x 22.000). d) two dictyosomes united by a thin filament. (x 30.000). (a: uranyl acetate-lead citrate; b, c, d: Thiery). Fig. 6. - Migration of v, vesicles toward plasmalemma. (Thiery, x 32.000). Fig. 7. - Concentration vesicle penetrating into the central vacuole V, within a type 2 large prothallus. The limiting membrane of that vesicle is undamaged (V : central vacuole; v.c. : con­centration vesicle. Thiery, x 2.800).

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vement a leur enrichissement en polysaccharides. Ainsi pouvons-nous pro­poser la chronologie suivante: les vesicules golgiennes elaborent une grande quantite de polysaccharides qui sont ensuite centralises dans les vesicules de concentration; enfin ces dernieres deversent leur contenu dans le peri­plasme, comme Ie montre la Fig. 4.

Cette evolution, schematisee dans la figure 11, se reproduit a chaque cycle mitotique, rythmant la croissance de la paroi megasporale.

3) Aspects particuliers des dictysomes dans les gros prothalles de type 1.

Des images telles que celles presentees Fig. 5 a, b, c, et d peuvent etre interpretees de la maniere suivante.

Dans fe premier cas cite, peut-etre s'agit-il de deux dictyosomes opposes par leur face de formation car, outre le nombre relativement eleve de leurs saccules, les canalicules du centre sont rigoureusement paralleles entre eux. L'un des deux dictyosomes aurait pu donner naissance a son « jumeau » par formation de nouveaux saccules.

Dans le second cas evoque, le phenomene pourrait etre du meme ordre. Le saccule, ferme sur lui-meme, pourrait-etre a l'origine de la formation de nouveaux saccules, contribuant a engendrer un autre dictyosome. Cette neo­formation rappellerait la description donnee par DEYSSON et BENBADIS ( 1972) de la reconstitution de dictyosomes qui « presentent d' abord un seul canalicule circulaire puis plusieurs canalicules concentriques avant de s'ouvrir et de devenir plans ». Nous avons d'ailleurs pu noter !'existence de dictyo­somes presentant deux saccules concentriques (Fig. 5 c). Chez !'Ephedra, de tels dictyosomes semblent donner naissance en meme temps a des vesicules golgiennes. Caractere juvenile de ces dictyosomes et active secretion gol­gienne ne sont pas en contradiction. En effet, souvenons-nous que les pro-

Fig. 8. - Formations plasmalemmiques. a) plasmalemmasomes au contenu heterogene (Thiery, X 36.000). b) vesicules plasmalemmiques dans le periplasme; une de ces vesicules (fleche) est en­core reliee au plasmalemme. (acetate d'uranyl-citrate de plomb; x 50.000). c) formation d'un corps multilamellaire par replis du plasmalemme. (acetate d'uranyl-citrate de plomb. x 22.000). d) corps multilamellaire d'origine plasmalemmique. (Thiery, x 28.000). Fig. 9. - Vesicules VI au contact du plasmalemme (Thiery, x 20.000). Fig. 10. - Vesicules v, dans un prothalle de type 1. Par la nettete de leur membrane, ces vesi­cules semblent intermediaires entre celles presentees Fig. 1 et Fig. 3 (fleche); (Thiery, x 22.000).

Fig. 8. - Plasmalemmic formations. a) plasmalemmasomes with heterogeneous content. (Thiery, x 36.000). b) plasmalemmic vesicles within the periplasm; one of those vesicles (arrow) is still linked to the plasmalemme. (uranyl acetate-lead citrate, x 50.000). c) formation of a multilamellar body by plasmalemma folds. (uranyl-acetate-lead citrate, x 22.000). d) multilamellar body pro­ducted by plasmalemma. (Thiery, x 28.000). Fig. 9. - VI vesicles in contact with plasmalemma. (Thiery, x 20.000). Fig. 10. - v, vesicles within a type 1 prothallus. By their membrane clearness those vesicles seem to be intermediaries between vesicles shown in Fig. 1 and Fig. 3 (arrow); (Thiery, x22.000).

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thalles de type 1 possedent un nombre beaucoup plus important de dictyo­somes que ceux appartenant au type 2; il est done m!cessaire qu'a chaque cycle, une neoformation de dictyosomes se produise rapidement mais aussi que ceux-ci deviennent promptement fonctionnels.

Enfin, la Fig. 5 d n'est pas sans evoquer les observations effectuees sur coupes epaisses par RAMBOURG (1969) et CARASSO, OvTRACHT et FAVARD (1972). Ces auteurs ont revele que l'appareil de Golgi formait un tout, les piles de saccules des differents dictyosomes le composant etant reliees entre elles par des « tubes plus ou mains interconnectes qui partent de la peri­pherie des saccules ».

Ainsi, notre interpretation de la morphologie des dictyosomes confir­merait la tres haute activite, deja reconnue, de l'appareil de Golgi dans les prothalles de type 1.

4) Intensite de la synthese des polysaccharides dans les prothalles de grande taille.

a) Nous avons constate que la paroi megasporale, d'epaisseur cons­tante, ne croit qu'en surface. Or, si l'on assimile le gametophyte a une sphere, sa surface augmente proportionnellement au carre du rayon de cette sphere. Le grandissement de la paroi est done beaucoup plus important, au couts d'un cycle mitotique, chez un prothalle de grande taille que chez un jeune prothalle. Cette croissance necessite ainsi un apport de polysaccharides pro­portionnellement bien plus eleve, ce que corroborent nos observations.

b) Tout au long de la phase cenocytique du gametophyte, l'epaisseur de la couche cytoplasmique parietale, comme celle de la paroi, demeure sensi­blement constante. Le rapport volume cytoplasme/volume vacuole centrale diminue done constamment au couts de la croissance. Par suite, il semble normal que les tres volumineuses vesicules de concentration ne puissent plus s'accumuler dans le seul cytoplasme mais doivent venit envahir la vacuole centrale. Meme dans ce cas, ces vesicules conservent toujours leur individua­lite et leur contenu, en fin de cycle, est integralement deverse dans le peri­plasme (Fig. 4 ).

Soulignons que cette importante accumulation de polysaccharides ne sau­rait etre mise en rapport avec le futur passage a l'etat cellulaire du pro­thalle, celui-ci ne possedant plus, a ce moment, de vesicules de concentration.

5) Role des vesicules V3. Le plasmalemme.

La Fig. 6 montre que ces vesicules, praduites par les dictyosomes, viennent s'incorporer au plasmalemme, apres un remaniement probable de

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leur membrane (cf. VIAN et RoLAND 1972). Ces vesicules etant elaborees au cours de la premiere phase de !'evolution golgienne, nous pouvons en deduire que l'accroissement en surface du plasmalemme est precoce.

Par ailleurs comme nous l'avons souligne, tous les prothalles presentent des formations plasmalemmiques comparables a celles decrites par MESQUITA

(1970). Par contre, nous n'avons jamais note !'existence de corps multivesi­culaires au sein du cytoplasme. Ceci montre que les formations observees dans notre materiel sont d'origine purement plasmalemmiques.

L'ensemble de ces faits temoigne de !'intense activite du plasmalemme, en rapport avec le grandissement de la paroi megasporale.

Ainsi l'appareil de Golgi et le plasmalemme concourent-ils par leur activite tres intense, a !'elaboration de la paroi megasporale. Cette croissance n'est pas sans rappeler celle du systeme vacuolaire peripherique, elle aussi en liaison avec le deroulement de la division nucleaire.

TYPE 1 TYPE 2

• •

p

Fig. 11. - Schematisation des differentes etapes de l'activite golgienne au cours d'un cycle mi­totique (p : paroi; pl : plasmalemme; v.c. : vesicule de concentration). Fig. 11. - Diagramatic figuration of the different stages of golgi activity during a mitotic cycle (p : wall; pl: plasmalemma; v.c. : concentration vesicle).

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BIBLIOGRAPHIE

CARASSO N., OvTRACHT L. et FAVARD P., 1971. - Observations en microscopie electronique haute tension de l'appareil de Golgi sur coupes de 0,5 IJ. a 5 IJ. d'epaisseur. C. R. Acad. Sc., 273: 876-879.

DEYSSON G. et BENBADIS M. C., 1972. - Destruction et reconstitution des dictyosomes pro­voquees par l'antipyrine dans les cellules vegetates. J. Microsopie, 13: 207-216.

MEsQUITA J. F., 1970. - Etude ultrastructurale de vesicules associees aux parois cellulaires dans les racines de l'AJlium cepa L. et du Lupinus albus L. (vesicules plasmalemmiques et plasmalemmasomes). Rev. Cytol. et Biol. Veg., 33: 235-264.

MoussEL B., 1971a. - Sur la mise en place des deux premiers noyaux et du systeme vacuo­Zaire du gametophyte femelle d'Ephedra distachya L. C. R. Acad. Sc., 272: 1222-1225.

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-, 1972. - Etude en microscopie electronique des cols archegoniaux de l'Ephedra distachya L. C. R. Acad. Sc., 274: 3372-3374.

RAMBOURG A., 1969. - L'appareil de Golgi: examen en microscopie electronique de coupes epaisses (0,5-1 IJ.), colorees par le melange chlorhydrique-phosphotungstique. C. R. Acad. Sc., 269: 2125-2127.

VrAN B. et RoLAND J. CL., 1972. - Difjerenciation des cytomembranes et renouvellement du plasmalemme dans les phenomenes de secretions vegetates. J. Microscopie, 13: 119-136.

RESUME

Au cours de chaque cycle mitotique affectant le prothalle £emelle cenocytique de l'Ephe­dra. distachya L., une phase d'intense activite golgienne est suivie d'une mise en reserve tem­poraire des polysaccharides synthetises, sous la forme de vesicules de concentration. Ces mate­riaux sont ensuite utilises, en fin de cycle, accroissant la paroi megasporale en surface sinon en epaisseur. Ces phenomenes sont d'autant plus accentues que le prothalle atteint une taille plus elevee.

SUMMARY

Golgi apparatus and plasmalemma rythmic evolution linked to the enlargement of the wall around the coenocytic to the female prothallus of Ephedra distachya L.

During each mitotic cycle of Ephedra distachya L. coenocytic phothallus, a phase of great activity of the Golgi apparatus is followed by temporary storage of the synthesized polysaccha­rids in form of concentration vesicles. Those material are finally used, at the end of each cycle, increasing the megaspore wall in surface rather than in thickness. Those phenomena are the more accentuated the greater is the prothallus size.