UE105 : Biologie, Diversité des eucaryotes PDF

UE105 : Biologie, Diversité des eucaryotes EC 105.2 Diversité végétale Dorine DESALME (Maitre de conférences en écophysiologie végétale) UMR Silva [email protected] Modalités de contrôle des connaissances (MCC) UE 10...

UE105 : Biologie, Diversité des eucaryotes EC 105.2 Diversité végétale Dorine DESALME (Maitre de conférences en écophysiologie végétale) UMR Silva [email protected] Modalités de contrôle des connaissances (MCC) UE 105 - Biologie - Diversité des Eucaryotes Resp. Sandra Kuntz EC 105.1 Diversité animale EC 105.2 Diversité végétale Resp. Sandra Kuntz Resp. Dorine DESALME 6hCM/6hTD/3hTP 1 séance de TP (3h) - évolution morphoanatomique des végétaux Intervenants 3 séances de TD (2h) D. Desalme P. Priault Localisation M.N. Vaultier Salle de TP botanique (VG TP4 ou 5), 2nd cycle Jardin botanique 2 épreuves Exam TP/TD (septembre) 40% Écrit 1h (décembre-janvier) 60% 1 Plan du cours I. Caractéristiques du monde végétal et diversité (2h) (D. Desalme) II. Evolution de l’appareil végétatif des végétaux (2h) (M.-N. Vaultier) III. Evolution de l’appareil reproducteur des végétaux (2h) (D. Desalme) 2 Plan du cours I. Caractéristiques du monde végétal et diversité (2h) (D. Desalme) II. Evolution de l’appareil végétatif des végétaux (2h) (M.-N. Vaultier) III. Evolution de l’appareil reproducteur des végétaux (2h) (D. Desalme) 3  « ALGUES VERTES » « BRYOPHYTES sens large » « PTERIDOPHYTES » S. Chauchard, 4 d’après Liu et al 2022 - Soltis & Soltis 2020  Les acquisitions Embryon (≠ zygote), cycle digénétique Plusieurs sporanges sur le même sporophyte Ovule et grain de pollen, graine 5 Plan du cours I. Caractéristiques du monde végétal et diversité (2h) (D. Desalme) II. Evolution de l’appareil végétatif des végétaux (2h) (M.-N. Vaultier) III. Evolution de l’appareil reproducteur des végétaux (2h) (D. Desalme) 1. Fécondation à l’abri dans l’eau chez les Chlorophytes 2. Les Charophytes, ancêtres des Embryophytes? 3. Les Embryophytes 4. Les Polysporangiophytes 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines 6 0. Introduction - définitions Cycle de vie = alternance de générations, et de ploïdie (haploïde (n)/diploïde(2n)), ponctuée par la méiose (passage 2nàn) et la fécondation (passage nà 2n) Les générations: Le gamétophyte est haploïde, il fabrique des gamètes Le sporophyte est diploïde. Il fabrique des spores (structure apparue grâce à la sporopollénine). Il apparait chez les Embryophytes et a permis de coloniser la surface terrestre 7 0. Introduction - définitions Chez les Embryophytes: Cycle digénétique haplo-diplophasique 2 générations d’individus : le sporophyte et le gamétophyte alternance (n)/(2n) MÉIOSE Embryon Sporophyte (2n) Sporange (2n) Spore (n) (2n) individu tissu cellule N AT IO Germination O ND de la spore FÉC Gamétophyte (n) Gamète (n) Gamétange (n) Gamète (n) =prothalle cellule tissu individu 8 0. Introduction - définitions Chez les algues vertes (chloro et charophytes): Cycle monogénétique haplophasique 1 seule génération d’individus : le gamétophyte (n) Embryon (2n) MÉIOSE T IO N N DA O FÉC Gamétophyte (n) Gamète (n) Gamétocyste (n) Gamète (n) =prothalle cellule tissu individu 9 Plan du cours I. Caractéristiques du monde végétal et diversité (2h) (D. Desalme) II. Evolution de l’appareil végétatif des végétaux (2h) (M.-N. Vaultier) III. Evolution de l’appareil reproducteur des végétaux (2h) (D. Desalme) 1. Fécondation à l’abri dans l’eau chez les Chlorophytes 2. Les Charophytes, ancêtres des Embryophytes? 3. Les Embryophytes 4. Les Polysporangiophytes 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines 10 1. Fécondation à l’abri dans l’eau chez les Chlorophytes Libération des gamètes dans l’eau => Survie et exploration à la recherche d’un partenaire Gamètes (n) Accouplement Multiplication Multiplication Chlamydomonas végétative végétative gamete (n) gamete (n) Zygote (n+n) Fécondation Fécondation isogame Cycle monogénétique haplophasique (les gamètes mâles et femelles (La phase diploïde est limitée au zygote, qui sont identiques) subit directement la méiose à pas de spore) Zygote (2n) Spores Méiose Tétrades 2. Les Charophytes, ancêtres des Embryophytes? Cycle de vie de Chara Couronne Oosphère (n) Cycle monogénétique Nucule (n) haplophasique Cortex Globule (n) Gamétocystes Axe secondaire =pleuridie complexes Bouclier Thalle Axe principal Fécondation oogame = gamétophyte (n) (cas particulier Pédicelle N d’anisogamie) Filament de ATIO D spermatocystes CON (n) FE Rhizoïdes Spermatozoïdes (n) Rétention du zygote MEIOSE Zygote (2n) Rhizoïdes 13 2. Les Charophytes, ancêtres des Embryophytes? Fécondation oogame implique - Fusion d’un petit gamète mâle mobile (fabriqués et libérés en grand nombre dans chaque gamétocyste ou gamétange) - Avec un gros gamète femelle immobile (un seul fabriqué et conservé à l’abri dans le gamétocyste ou gamétange au moins jusqu’à fécondation) 14 3. Les Embryophytes Quelle différence entre Gamétocyste/Gamétange et Sporocyste/Sporange ? = Juste une membrane/enveloppe => Chez les Chlorophytes et Charophytes = Tissu/organe spécifique => Chez les Embryophytes 15 3. Les Embryophytes Chez les Bryophytes, les gamétanges se développent au sommet des gamétophytes 16 3. Les Embryophytes Les gamétanges s’appellent archégones et anthéridies chez les Bryophytes (n) Corbeille à Corbeille à Archégone (n) Anthéridie (n) anthéridie (n) archégones (n) Archégones ressemblent à des vases à base renflée Anthéridies ressemblent à des raquettes 17 3. Les Embryophytes La fécondation oogame est toujours dépendante de l’eau eau Le spermatozoïde doit être libéré dans l’eau pour survivre et nager jusqu’au col de l’archégone Þ Les gamétophytes doivent rester au ras du sol Nage dans le canal du col jusqu’à l’oosphère => Fécondation => Formation d’un embryon ! Spermatozoïde (n) Archégone (n) 18 3. Les Embryophytes Différence zygote et embryon ? Pluricellulaire, complexe Matrotrophie = nourrit et protégé par la mère (=parasite) => améliore les chances de survie de la descendance 19  3. Les Embryophytes L’embryon donne naissance à une deuxième génération de plante, le sporophyte Le sporophyte porte les spores, fabriqués dans les sporanges NB: Il est dépendant toute sa vie du gamétophyte femelle qui le porte !!!! 20  3. Les Embryophytes Les spores peuvent être libérées dans l’air sans se dessécher Les spores (n) sont dispersées dans l’AIR (sporopollénine!!) une fois mature 21 Cycle de vie de Polytrichum sp Cycle digénétique haplodiplophasique à MEIOSE dominance haplophasique, hétéromorphe Tissu sporogène (2n) (2n) (n) (n) (n ) Sporophyte (2n) = sporange(2n) mâle « tige feuillée e » (n) femelle Gamétophyte femelle (n) FECONDATION 2n (n) Rhizoïde (n) Jeune sporophyte (2n)  4. Les Polysporangiophytes Le sporophyte porte plusieurs sporanges et gagne de la hauteur (=> dispersion) Les sores regroupent des sporanges qui fabriquent des spores sore Face inf. sp or euphylle an ge 23 4. Les Polysporangiophytes Le sporophyte porte plusieurs sporanges et gagne de la hauteur (=> dispersion) 24  4. Les Polysporangiophytes Le gamétophyte (prothalle) se miniaturise mais reste au ras du sol Il porte les anthéridies et les archégones 25 4. Les Polysporangiophytes Le gamétophyte (prothalle) se miniaturise et reste au ras du sol = gamétanges femelles (n) Oosphère (n) Le ventre des archégones est enfoncé dans le gamétophyte => protection +++ 26 Gamètes mâles doivent toujours être libérés dans l’eau 4. Les Polysporangiophytes Le sporophyte se développe à partir de l’embryon, dépendant du gamétophyte 27 4. Les Polysporangiophytes Le sporophyte se développe ensuite indépendamment du gamétophyte (qui dégénère) Indépendance dès que capable de photosynthétiser et de prélever l’eau (feuille et racine développées) 28 Cycle de vie de Polypodium vulgare: Cycle digénétique haplodiplophasique à dominance diplophasique, hétéromorphe MEIOSE (n) (2n) (n) n (n) (2n) Archégone Anthéridie (reste de (n) (n) n prothalle) Zygote Oosphère n 2n spermatozoïdes FECONDATION (n) 2n  5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Ginkgophytes Pré-spermaphytes Cycadophytes GYMNOSPERMES Spermato = graine Cupressales Araucariales Gnétales Pré-spermatophytes + Spermatophytes Pinacées Spermaphytes Angiospermes D.Desalme, 31 d’après Liu et al 2022 et Yang et al 2024 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Le sporophyte contient les gamétophytes = ENDOPROTHALLIE Le sporophyte = la plante, diploïde cônes fleur Appareils reproducteurs contenant, - l’ovule qui formera le gamétophyte femelle - - les sacs polliniques qui formeront les gamétophytes mâles (grains de pollen) 32 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Les spores mâles et femelles sont différentes => Hétérosporie Microspore (la spore mâle) Macrospore ou mégaspore (la spore femelle) Fabriquées en grand nombre dans le une seule fabriquée par sporange femelle sporange mâle (=microsporange) (=mégasporange) Petites Grosse 33  5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines L’ovule , une nouveauté apparue chez les Spermatophytes + le sporange femelle = mégasporange = nucelle + qui contient la spore femelle= mégaspore + entourés de téguments Ovule nu (gymno) ou protégé (angio=> ovaire) Gymnospermes Angiospermes 34 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines L’ovule mature contient le gamétophyte femelle Sporophyte (2n) MÉIOSE Ovule Sporange (2n) Spore (n) immature Germination de la spore Ovule Gamétophyte (n) mature Gamète (n) Gamétange (n) =prothalle la spore n’est pas libérée et reste dans le sporange (lui-même dans le sporophyte) Le prothalle femelle n’est pas individualisé, mais inclus dans le sporophyte => endoprothallie 35 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Le grain de pollen est le gamétophyte mâle Hibiscus Vitis Tradescanti Il est entouré de sporopollénine (protection+++) a Imputrescible Mais pouvoir germinatif perdu assez rapidement Lilium Petunia Sanchesia Pollinisation anémogameà zoogame Moins de pollen libéré, plus ciblé, plus de distance parcourue => succès des plantes a fleurs !! Gossypium Paspalum Pyrus Populus Jasminium Pinus 36 Surface des grains de pollen 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Qu’est-ce qu’une graine? = Produit de la reproduction sexuée chez les Spermaphytes (= ovule fécondé contenant un embryon en vie ralentie) pourvu de réserves, résistant et protégé, qui sera disséminé. Après germination, la graine produira une nouvelle plante. 2 types de graines: graines nues => chez les Gymnospermes graines protégées dans un fruit => chez les Angiospermes fruit aile graine graine nue graines nues de pin graines protégées dans un fruit chez 37 (Gymnosperme) le poivron (Angiosperme)  5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Pour qu’une graine soit PARFAITE, il faut que: les premiers stades du développement embryonnaires se fassent au sein de la plante-mère l’accumulation de réserves se fasse après la fécondation il y ait une discontinuité dans le cycle de vie (phase de vie ralentie et/ou dormance) : quelques jours à quelques dizaines d’années. Certaines graines germent tout de suite (récalcitrantes). D’autres sont dormantes et nécessitent un choc pour être réveillées (abrasion, feu, froid…) Gymospermes Angiospermes Constituée de : Embryon Réserves (endosperme) Téguments (protection mécanique) 38  Diversité des graines La + petite graine, issu de La + grosse graine : le coco-fesse, issu du Cocotier des mers l’orchidée jacinthe (Bletia (Lodoicea maldivica, Arécacée) ne vivant qu’aux Seychelles. hyacinthina, Orchidacées) 50 cm pour 25 kg 39 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Diversité chez les Gymnospermes Pinophytes Cycadophytes Ginkgophytes Gnétophytes Pinus resinosa Cycas sp. Ginkgo biloba Ephedra chilensis Xi et al., 2013 40  5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines L’ovule et la graine imparfaite de Ginkgo biloba Endotesta = endosperme contenant les réserves CL simplifiée de l’ovule APRES fécondation Les réserves sont accumulées dans l’endosperme avant fécondation Nucelle La formation de la graine se fait à terre contenant l’endosperme La germination a lieu directement sans Germination du Gingko biloba discontinuité 41 Ovule mûr  5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Apparition des cônes chez les Pinophytes Cônes femelles Le pin (Pinus sp.) est une au sommet du rameau espèce monoïque. Les organes reproducteurs mâles et femelles ne sont Pousses de pas situés au même endroit l’année sur l’arbre Cônes mâles à la base de la pousse de l’année 5. Les Spermaphytes: plantes à ovules et à graines Les graines passent plusieurs années dans l’arbre chez les Pinophytes Evolution du cône femelle Cône fécondé contenant Cône mature les graines, commençant à se dessécher 17 mois mars-avril 3ème année août 2eme année Cône pollinisé 6 mois sept 1ere année 22 mois Cône ayant Cône fécondé libéré les janv 3ème année contenant les graines graines