CHAPITRE VII : La plante domestiquée

Pb I : Quelle est l’origine de la diversité des variétés de plantes cultivées aujourd’hui ?

I- La domestication des plantes sauvages

• Les premières plantes cultivées Q1 p 263

Doc. 1 :

• Chez les blés sauvages :
  • la dispersion des graines est assurée par une fragmentation spontanée des épis.
  • Les variants dont les épis ne se fragmentent pas sont défavorisés, restent à des fréquences basses ou disparaissent.
• Chez les blés cultivés :
  • les variants dont les épis ne se fragmentent pas sont au contraire davantage récoltés
  • il est plus facile de cueillir un épi que de ramasser ses graines dispersées au sol.

CC/Involontairement, par ses pratiques agricoles, l’Homme a donc sélectionné des caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont favorables aux plantes sauvages.

2- La sélection massale :  Q2  p263

Doc. 2 et 3 :

• La sélection massale consiste à retenir, pour engendrer la génération suivante, juste un petit groupe d’individus choisis dans la population locale.
• Comme les critères de choix peuvent largement varier d’une région à une autre, d’un moment à un autre, en fonction des besoins, des contraintes locales… la sélection massale contribue à différencier génétiquement des populations « filles » entre elles, et par rapport à leur population « mère ».

Bilan :

• Les agriculteurs ont progressivement sélectionné, au cours de l’histoire et de manière empirique, d’abord involontairement  puis  en  fonction  de  différents  critères,  les  plantes  jugées  intéressantes.
• Sous cette pression de sélection répétée, les plantes cultivées se sont différenciées des plantes sauvages en quelques siècles et se sont adaptées à la vie domestique.

Pb : comment à partir de variétés aux caractères hétérogènes et variables, on passe à des variétés plus homogènes ?

II- La sélection scientifique des plantes cultivées : Les applications de la génétique mendélienne q 1 à 4  p265

Doc. 1 :

Le but  des  sélectionneurs  est  d’obtenir  des  individus  génétiquement  identiques, homozygotes et possédant autant d’allèles intéressants que possible.

Doc. 1 :

La transmission d’un gène présent initialement chez les individus à l’état hétérozygote (a // A) :

– à la génération 0, le taux d’homozygotie est donc de  0 %.

– Par  autofécondation,  on  obtient  50 %  d’individus  hétérozygotes  (a//A)  et 50 % d’individus homozygotes (a//a) et (A//A).

– Dans les autofécondations suivantes, les individus homozygotes ne peuvent engendrer que des homozygotes.

– Les hétérozygotes engendrent à chaque fois 50 % d’individus hétérozygotes (a//A) et 50 % d’individus homozygotes (a//a) et (A//A).

– le % d’hétérozygotes est donc divisée  par deux à chaque génération. On obtient ainsi les résultats suivants :

– Après sept générations successives obtenues par autofécondation, on aboutit à un taux  d’homozygotie de 99,22 %.

Doc. 2 :

L’observation des individus hybrides AB montre que les caractères « plantes productives » et « maturité précoce » sont dominants respectivement sur les caractères « plantes peu productives » et « maturité tardive ». On suppose que ces deux caractères sont contrôlés par deux gènes indépendants.

Allèle provoquant une faible productivité : p

Allèle provoquant une forte productivité : P

Allèle provoquant une maturité tardive : m

Allèle provoquant une maturité précoce : M

Les plantes des lignées parentales sont homozygotes :

Parents A (P//P ; m//m)  Parents B (p//p ; M//M)

Les gamètes issus de la méiose dans les fleurs des parents ont pour génotypes :

Gamètes mâles (P/ ; m/) Gamètes femelles : (p/ ; M/)

La  fécondation  croisée  de A  et  de B  donne  donc  une  seule  catégorie  d’individus hybrides AB : (P//p ; M//m).

Tous  les  hybrides  ont  le même  génotype  hétérozygote  et  combinent  les  caractères dominants de forte productivité et de maturité précoce.

Doc. 2 :

• Les gamètes mâles comme les gamètes femelles contenus dans les fleurs des individus F1 contiendraient quatre sortes de combinaisons génétiques équiprobables.
• On peut dresser un tableau de croisement de ces gamètes et montrer que seules 4 graines sur 16 présenteraient la même combinaison génétique que les F1, que 7 graines sur 16 conduiraient  à  la  réapparition  de  caractères  récessifs  défavorables  pour  l’agriculteur (faible productivité et/ou maturité tardive).
• Cela poserait plusieurs problèmes à l’agriculteur : d’une part tous les plants ne seraient pas mûrs en même temps, ce qui compromettrait la récolte, d’autre part la productivité d’ensemble serait amoindrie.

Bilan :

La sélection de base qui préside à la sélection scientifique de nouvelles variétés génétiques repose sur la réalisation de croisements :

• obtention de lignées pures,
• croisements permettant d’obtenir des hétérozygotes plus vigoureux et combinant des caractéristiques intéressantes présentes chez les parents.

2- Les applications de la biotechnologie q 1 à 3 p 267

+ DM Les PGM : sous forme d’un texte construit  2 pages + schéma sur 1 page

• Quel est l’objectif/intérêt de la construction des PGM ?
• sur quels principes biologiques et génétiques, est basée la construction des PGM ?
• Quelles sont les étapes de la construction PGM ?

1. 266-267

Doc. 1 :

1. Faire germer les pommes de terre des variétés à tester.
2. Préparer 6 flacons de culture pour chaque variété à tester, contenant des concentrations croissantes de polyéthylène glycol (0 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,4 ; 0,8 ; 1 %).
3. Placer dans chaque flacon trois tronçons de germe d’une même variété et mettre tous les flacons dans les mêmes conditions de culture (lumière, température).
4. Après 21 jours, extraire les plants des flacons.
5. Réaliser les mesures suivantes : surface foliaire totale, longueur des racines et des tiges, poids sec des tiges feuillées et des racines…
6. Effectuer les moyennes pour tous les plants de même variété ayant subi les mêmes conditions.
7. Choisir parmi les variétés celles qui ont été les moins affectées par le manque de disponibilité de l’eau.

Doc. 1 :

Les cultures in vitro permettent :

• l’obtention très rapide de plantes homozygotes (haplo-diploïdisation),
• la sélection de plantes saines (cultures de méristèmes),
• la conservation de variétés
• leur multiplication rapide dans très peu d’espace (micropropagation, embryogenèse somatique).

Elles sont essentielles aussi lors des hybridations interspécifiques (sauvetage d’embryons ou fusion de protoplastes), pour l’obtention de plantes transgéniques ou lors de la création de variants (mutagenèse).

Doc. 2 :

On constate que les deux parents possèdent le fragment 3.

Ce fragment ne permet donc pas de distinguer les individus résistants de ceux qui sont sensibles au mildiou.

Le fragment 2  peut  être  présent  ou  absent  chez  un  individu  résistant,  tout comme chez un individu sensible.

Il n’est pas non plus utilisable, car non lié au gène de sensibilité au mildiou.

Le fragment 1 au contraire est lié au gène de sensibilité au mildiou

Les  individus  sensibles  au mildiou  possèdent  ce fragment dans leurs résultats, tandis que ceux qui sont résistants ne le possèdent pas.

Pour sélectionner les plants résistants au mildiou on choisira donc ceux qui ne présentent pas le fragment 1.

Doc. 2 :

Au lieu d’attendre pour constater sur les plantes adultes leur éventuelle sensibilité au mildiou, on peut pratiquer ces tests génétiques chez de très jeunes plantules et ainsi gagner plusieurs mois dans le travail de sélection.

Bilan :

Les biotechnologies ont révolutionné les méthodes classiques de la sélection végétale  en permettant la culture très rapide au laboratoire, dans un espace réduit et dans des  conditions maîtrisées. La sélection génétique peut s’effectuer très précocement, sans  attendre l’apparition des caractères phénotypiques.

1. 268-269

Doc. 1 et 2 :

Le gène R est un gène bactérien qui remplit les mêmes fonctions vitales  que le gène S présent chez les végétaux. L’enzyme issue de l’expression du gène R n’est pas sensible à l’herbicide glyphosate, contrairement à  celle  issue de l’expression du gène S. Le gène R est donc « intéressant » si l’on souhaite rendre des végétaux résistants au glyphosate. Pour le transférer à une plante, on l’introduit dans un plasmide de la bactérie A. tumefaciens : il pourra ainsi entrer dans les cellules végétales et être intégré à l’ADN de la plante.

Doc. 3 :

Parmi les cals issus des fragments de feuilles mis au contact des bactéries armées  du  gène R :

• certains sont  constitués  de  cellules  transformées  génétiquement (elles ont intégré le gène R),
• d’autres ne sont pas transformées.

On ajoute du glyphosate dans le milieu de culture afin de trier ces cals et de ne garder que ceux qui sont transgéniques.

Doc. 4 :

Au fond de chaque puits se trouvent des anticorps capables de fixer la protéine R.

Plus ces anticorps fixent de protéines R, plus la coloration sera forte.

On voit donc que les plantes qui ont le mieux exprimé la protéine R sont les suivantes : A1 à A4, B3 à B6, E1 et E2, F1 à F4.

Bilan

Les techniques du génie génétique permettent de repérer un gène, de le couper (grâce à des enzymes dites de « restriction »), de l’insérer dans un vecteur. Par culture in vitro, puis par des techniques immunologiques par exemple, on peut isoler les plantes génétiquement modifiées, ayant intégré et exprimant le gène d’intérêt.

Pb III-  quel sont les enjeux contemporains autour des plantes cultivées ?

III- Les semences et les variétés cultivés un enjeu contemporain.

DM :

• Enumérer les problèmes soulevés dans les documents de la 271 +272
• Préparer une diapositive par Pb soulevé (avec des données chiffrés)
• discuter les 4 pb, les + les -, leur impact sur ????
• y a-t-il d’autres problèmes non citées dans ces 4 doc p 271 et p272
• chaque binôme présentera son travail à la classe

Bilan :