LA PLANTE DOMESTIQUEE - Site de l'académie de … · Le changement d’acide aminé en position 6 confère des propriétés nouvelles à la protéine du maïs par ... témoignant

THEME 2 : ENJEUX PLANETAIRES

CONTEMPORAINS

LA PLANTE DOMESTIQUEE

I. Cornillon professeure SVT Armorin

Engrais

Claas

Insecticides (1kg/ha)Herbicides (1kg/ha)

Phytochimie

Electricité

Mécanique

Bâtiments agricoles Séchage

Semences

Arrosage

Pétrochimie

Fioul

Engrais

Engrais

N P K

112 31 60

Kg/ha

3240

117

117

85 406

1254

732

658

4389

8360

355

269 025

21 351 440

9836

493

711

Pour se nourrir, l’homme a utilisé la biodiversité végétale et a commencé à domestiquer des plantes sauvages depuis 10000 ans, afin de pouvoir les cultiver et d’augmenter leur productivité.

Aujourd’hui, de nombreuses plantes sauvages ont été domestiquées ou améliorées, non seulement pour l’agriculture mais aussi pour la médecine, l’habillement…


Problèmes :

Comment l’Homme a-t-il domestiqué les plantes au cours du temps pour ses besoins?

Comment la génétique, la biologie cellulaire et moléculaire ont –elles révolutionné la sélection végétale?

En quoi les plantes cultivées constituent –elles un enjeu planétaire ?


I- Des plantes sauvages aux plantes I- Des plantes sauvages aux plantes cultivées. cultivées. 1)1) Exemple d’une domestication: le mais.Exemple d’une domestication: le mais.

plusieurs botanistes américains s'intéressent à l'origine du maïs, et certains émettent l'hypothèse que son ancêtre sauvage est la Téosinte, une plante fourragère qui pousse notamment au Mexique et au Guatemala


plantes monoïques mais non hermaphrodites. plantes monoïques mais non hermaphrodites.

Branches latérales portent les inflorescences F

Tiges latérales portent plusieurs inflorescences F

Tige principale avec inflorescence M ( sous forme de panicule)

Au bout de chaque tige latérale, une inflorescence MI. Cornillon professeure SVT

Armorin


Les grains de Maïs possèdent des glumes réduites (qui se coincent entre les dents lorsque l’on mange les grains) Les grains de Maïs ne se détachent pas spontanément de la rafle (partie centrale de l’épi, appelée aussi rachis). Cette opération est réalisée au moment de la récolte par les agriculteurs ; le maïs ne peut donc pas se ressemer spontanément..

Les grains de Téosinte sont entourés d’une cupule (glumes soudées) les grains sont soudés les uns aux autres ; à maturité l’épi se désarticule et les grains tombent sur le sol


Comparaison mais /téosinte.


La plante cultivée produit un grand nombre de grains, plus gros et plus longs donc qui contiennent plus de réserves : la domestication a permis une augmentation de rendement.À maturité ces grains ne tombent plus car l’épi ne peut pas se désarticuler, ils ne possèdent pas de cupule solide donc la récolte est complète (sans perte) et plus rapide. De ce fait la dissémination des grains est impossible, la plante ne peut donc plus se reproduire à l’état sauvage

BILANBILAN


2)2) Les caractéristiques génétiques à Les caractéristiques génétiques à l’origine de la domestication du Maïs l’origine de la domestication du Maïs

Les résultats de Beadle :sur 50 000 individus F2, environ 1/500 présentent le phénotype des parents, les autres présentent des phénotypes intermédiaires.

Dans les années 1930, le généticien George Beadle en apporte les premiers indices : en croisant les deux plantes (téosinte et maïs), il obtient des hybrides fertiles.

Dans les années 1970, il collecte plus de 70 kilogrammes de graines de Téosinte, Il utilise ces graines dans des cultures expérimentales, où il réalise des milliers de croisements, grâce auxquels il conclut le nombre de gènes impliqués dans les différences morphologiques entre la Téosinte et le Maïs.


Gamètes de F1 M T

T T/M T/T

M M/M T/M

Nombre de gènes différents selon le mole Mendélien: - Si un seul gène différent, la Téosinte produit un seul type de gamète (T) ainsi que le Maïs (M).Les hybrides F1 sont hétérozygotes, ils produisent les deux types de gamètes. Echiquier de croisement F1 x F1 : pour obtenir la génération F2 :

- Si deux gènes différents : la proportion P du génotype Téosinte ou Maïs = ¼*1/4= 1/16

- Si trois gènes différents : la proportion P du génotype Téosinte ou Maïs = ¼*1/4*1/4 = 1/64

- Si quatre gènes différents : la proportion P du génotype Téosinte ou Maïs = ¼*1/4*1/4 *1/4= 1/256

- Si cinq gènes différents : la proportion P du génotype Téosinte ou Maïs = ¼*1/4*1/4 *1/4*1/4= 1/1024

Si on confronte les résultats de Beadle en F2 : 1/500 présentent le phénotype des parents (phénotypes Téosinte ou Maïs) cela signifie qu’ils ont le génotype des parents donc 4 à 5 gènes sont responsables de la domestication du Maïs.

1/4de Téosinte


Un gène, appelé teosinte branched 1 (tb1) a été étudié: le gène tb1 a été rendu non fonctionnel chez le maïs (allèle tb1MUT ) : figure c

Lorsque le gène tb1 est non-fonctionnel, la plante possède des branches latérales comme la Téosinte mais uniquement avec des inflorescences mâles, alors que la Téosinte possède des inflorescences femelles sur les branches latérales avec une inflorescence mâle au sommet. Le Maïs possède des branches latérales très courtes au sommet desquelles se trouvent des inflorescences femelles. Donc ce gène permet la formation d’inflorescences femelles sur les branches latérales et limite le développement de rameaux latéraux.


Dosage de la quantité d’ARNm du Maïs et de la Téosinte

(Source: John Doebley, Adrian Stec et Lauren Hubbard) Dans l’épi femelle et dans

le pédoncule, on observe que le % d’expression du gène tb1 est différent, pour le Maïs cette expression est plus grande (x2 dans l’épi femelle et par 1.5 dans le pédoncule). Les différences d’architecture sont dues à des différences d’intensité d’expression de gènes communs.


P 246-247 doc 2

La comparaison des séquences des allèles des gènes tga1 chez le maïs et la téosinte montre un certain polymorphisme mais surtout on trouve, en position 6 le codon AAT dans tous les allèles du maïs et le codon AAG dans tous les allèles de téosinte. Après traduction, la lysine présente dans la protéine tga1 du téosinte est remplacée par l’asparagine dans la protéine du maïs. Le changement d’acide aminé en position 6 confère des propriétés nouvelles à la protéine du maïs par rapport à celle du téosinte. (la preuve n’en a pas été fournie) Le rôle de TGA1 du maïs est de réduire l'épaisseur de la cupule


3) l’origine des espèces3) l’origine des espèces


BILAN : Les espèces cultivées proviennent de la modification par l’Homme d’espèces sauvages au cours du temps : la domestication. Cette domestication a eu lieu dans plusieurs régions depuis moins de 10000 ans. Dans ces régions, appelées foyers de domestication, se trouvent des plantes sauvages ressemblant aux plantes cultivées, ainsi que des vestiges archéologiques témoignant de la culture de la plante par l’Homme.Une espèce cultivée diffère de l’espèce sauvage proche par différents caractères qui facilitent sa culture, sa récolte et son utilisation par l’Homme. Ces caractères (= syndrome de domestication) sont souvent défavorables à la vie de la plante en milieu naturel : l’espèce cultivée ne se rencontre pas dans l’écosystème naturel. Ces caractères ont été acquis au cours d’un processus de sélection artificielle réalisé par l’Homme. Cette sélection empirique est la base de la domestication et est à l’origine des premières espèces cultivées.

La domestication d’une espèce sauvage se traduit par la combinaison dans une espèce cultivée de caractéristiques génétiques favorables pour la culture et parallèlement, par une réduction de l’adaptation à la vie sauvage.


II- II- LES TECHNIQUES DE LES TECHNIQUES DE DOMESTICATION DES PLANTESDOMESTICATION DES PLANTES

• Pour chaque espèce cultivée, il existe souvent une grande diversité des variétés grâce à la sélection opérée par l’Homme depuis des centaines d’années, associée à la sélection naturelle dans les différentes régions où pousse l’espèce cultivée : on parle de biodiversité variétale.

• Problème : Comment les pratiques agricoles et agronomiques permettent-elles la domestication et l’amélioration des espèces cultivées ?


1) Les techniques ancestrales : action 1) Les techniques ancestrales : action empiriques sur le génotypeempiriques sur le génotype

Depuis des millénaires, les agriculteurs ont cherché à conserver les plantes correspondant à leurs besoins, en ressemant les graines des individus sélectionnés. Cette sélection massale (empirique) a contribué à améliorer lentement les performances des cultures, selon des critères choisis par l’Homme. Mais la population végétale sélectionnée a conservé une diversité génétique, avec des caractères variables d’une génération à l’autre.


22) Les techniques modernes : actions volontaires sur le ) Les techniques modernes : actions volontaires sur le génotype et le génomegénotype et le génomea) L’hybridation à partir de lignées pures

Le sélectionneur provoque l’autofécondation intra spécifique des plantes pour augmenter le taux d’homozygotie et crée ainsi des lignées pures fixes I. Cornillon professeure SVT

Armorin

Croisement de lignées pour obtenir des hybrides. Croisement de lignées pour obtenir des hybrides.

Les individus de F1 présentent une vigueur hybride ou effet hétérosis qui leur confèrent une valeur nettement supérieure à celles des 2 parents.


BILAN:•Les techniques de croisement permettent d’obtenir de nouvelles plantes qui n’existent pas dans la nature (nouvelles variétés, hybrides,…).• Une variété est génétiquement homogène et stable. Elle est obtenue après autofécondation et tri sélectif des descendants pendant 7 à 10 générations. •Un hybride combine les avantages de deux variétés avec une vigueur accrue (hétérosis). Sa descendance est instable.•La sélection exercée par l’Homme a souvent retenu des caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont favorables pour la plante sauvage.


b) Biotechnologies et génie b) Biotechnologies et génie génétique génétique

• La culture in vitroLa culture in vitroPermet de régénérer

une plante entière à partir de quelques cellules; plus économique et plus rapide cette technique permet aussi de créer de la diversité en provoquant des mutations ou de hybridation somatique via des protoplastes.

Exemples : Pomate = hybride somatique stérile Tomate/Pomme de terre, Pomme de terre + gènes de résistance à certains virus et bactéries, Colza : lignées mâles stériles résistant à l’atrazineI. Cornillon professeure SVT

Armorin

La transgénèse :La transgénèse :Depuis les années 1980, les techniques de génie génétique permettent de modifier et d’agir sur le génome d’une plante:

Ex: des tomates et des melons à maturation retardée, ou des pommes de terre contenant moins d'amidon

Ex: introduction d'un gène de résistance à des insectes, à des pathogènes, à des herbicides, modification de la composition des graines, production de molécules d'intérêt industriel ou pharmaceutique.I. Cornillon professeure SVT

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http://www.gnis-pedagogie.org/index.php?spec=lexique&numpage=179&numfamille=11&numrub=33&numcateg=&numsscateg=&numpara=2436&lettre=R

La transgénèse :

Transfert de gènes de n’importe quel être vivant dans un végétal;

-Indépendante de la reproduction , elle permet un transfert de gène provenant d’espèces différentes.

-conservation des caractères ciblés-Aboutit à des OGM-Exemple du riz doré (doc.1 p.254-255) : insertion de gènes permettant la synthèse de caroténoïde / vitamines A provenant de la carotte pour les populations manquant de vitamine A et risquant la cécité.

GI : gène d’intérêt

GS : gène de sélection (ex : résistance à un antibiotique)


•Sélection des marqueurs génétiques. Sélection des marqueurs génétiques.



III- les enjeux contemporains autour III- les enjeux contemporains autour des plantes cultivées. des plantes cultivées.

Enjeux autour de l’utilisation des plantes cultivéesEnjeux autour de l’utilisation des plantes cultivées: gain de productivité, plantes dépolluantes, production agro carburant, plante médicament…

Enjeux autour de l’environnement et de la Enjeux autour de l’environnement et de la biodiversité: biodiversité: plante adaptée au réchauffement climatique, plante moins consommatrice d’eau, plante résistante aux insectes

Enjeux financiers autour des propriétés de plantes Enjeux financiers autour des propriétés de plantes cultivéescultivées: créer de nouvelles variétés coute cher, nouvelles lois pour protéger les intérêt des industriels de semences; le statut juridique de la biodiversité fait débat: bien commun ou privatisation ?


Bilan: bordas 2012



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