La rencontre entre un spermatozoïde et un ovocyte se produit dans la spermathèque juste après l'ovulation. La fusion entre les 2 cellules ne peut être observée directement au lycée mais certains indices révèlent qu'elle a bien eu lieu : mouvements cytoplasmiques dans l'oeuf puis présence des globules polaires puis des pronucléi.
On peut facilement suivre la migration, la rencontre et la fusion des pronucléi (caryogamie) en continu, après le passage de l'oeuf dans l'utérus.
Les modalités de la fécondation varient quelque peu suivant les espèces.
Union de l'ovocyte I et d'un spermatozoïde dans la spermathèque
- L'ovocyte I, bloqué en fin de prophase I de méiose est fécondé dès qu'il arrive dans la lumière de la spermathèque, au moment de l'ovulation.
L'ovocyte I bloqué en fin de prophase I de méiose arrive dans la spermathèque où des spermatozoïdes sont entreposés.
L'ovocyte I est maintenant entièrement dans la spermathèque où il est en général fécondé dès son arrivée. Son séjour dans la spermathèque est court (quelques minutes).
Les modalités cytologiques de la fusion entre l'ovocyte I et le spermatozoïde sont mal connues, même chez Coenorhabditis elegans. Le spermatozoïde pourrait être englobé par l'ovocyte.
En général c'est au niveau du pôle proximal (qui pénètre en premier dans la spermathèque) que la fusion entre les gamètes a lieu. Dès que le noyau haploïde et le centrosome du gamète mâle se retrouvent dans le cytoplasme de l'ovocyte I, ce dernier est activé: d'intenses courants affectent son cytoplasme puis sa méiose reprend et s'achève au pôle distal, à l'opposé de la zône où le spermatozoïde a pénétré. Une paroi ("coque") constituée de plusieurs assises est mise en place autour de l'oeuf.
L'ovocyte fécondé ne séjourne que quelques minutes dans la spermathèque, c'est donc dans l'utérus que sa méiose se termine (environ 20 minutes après le début de sa reprise), et que la mise en place de la paroi de l'oeuf s'achève. C'est donc également dans les oeufs situés dans la partie distale des bras de l'utérus qu'il est possible d'observer les pronuclei fraîchement formés.
Spermatozoïdes rampant (mouvements amiboïdes) à la surface d'un ovocyte I
- Des courants cytoplasmiques, indice précoce d'une fécondation
La fusion de l'ovocyte et du spermatozoïde est rapidement suivie du déclenchement d'intenses courants cytoplasmiques, manifestation de réarrangements moléculaires qui participent à la mise en place d'un axe de polarité antéro-postérieur dans l'oeuf, le site de pénétration du gamète mâle correspondant au futur pôle postérieur de l'embryon.
Dans l'oeuf, les pronucléi ne sont pas encore repérables, les mouvements qui affectent le cytoplasme indiquent qu'une activation par un spermatozoïde a eu lieu. La maturation méiotique est probablement en cours d'achèvement au pôle antérieur de l'oeuf (ici à gauche) alors que le noyau mâle, pas encore vésicularisé (au pôle opposé) n'est pas ici visible.
Etapes de la caryogamie
Oeufs de Nématodes (espèces différentes)
- à gauche : phase de rapprochement des 2 pronuclei
- à droite : caryogamie achevée
Il est possible de repérer à un moment donné, dans un même ver, des oeufs à différents stades de la caryogamie. On peut également suivre dans un oeuf sélectionné, isolé ou non, en continu, le déroulement de l'ensemble du phénomène qui ne dure pas plus de 10 minutes. On suit d'abord le rapprochement des pronuclei puis leur fusion (voir ci-dessous images extraites d'une vidéo)
Phase de rapprochement des 2 pronucléi
- Image1: les 2 pronuclei sont bien visibles. Le noyau mâle (flèche noire) apparaît dans le cytoplasme au niveau du site de pénétration du sptz qui définit le pôle postérieur de l'oeuf alors que le noyau femelle est visible au pôle opposé (flèche blanche).
- Images 2 à 5 : rapprochement des 2 pronuclei avec, dans un premier temps, surtout déplacement rapide du noyau femelle. L'invagination de la membrane cytoplasmique de l'oeuf (sillon) ne corespond pas à un début de cytodiérèse, c'est un pseudoclivage qui régresse puis disparaît.
Fusion des noyaux
- Image 6 : les pronuclei se rencontrent dans la moitié postérieure de l'oeuf.
- Image 7 à 9 : les pronuclei accolés subissent une rotation de 90° et se placent à peu près au centre de la cellule.
- Image 10 : les enveloppes pronucléaires ont disparu, le fuseau de division est en place, la mitose du zygote a commencé.
