Prérequis TS : 1A5 : schéma général de la plante et l’organisation d’une fleur connus

Mots-clefs :

sélection génétique des plantes, génie génétique, domestication, biodiversité cultivée, sélection massale, variété paysanne, sélection : lignée pure, hétérosis, vigueur hybride, culture in vitro, transgenèse, OGM, sélection assistée par marqueurs (SAM) moléculaires

on se limite aux angiospermes = taxon monophylétique regroupant les Plantes à Fleurs donc les végétaux qui portent des fruits. Signifie « graine dans un récipient », plus grande partie des espèces végétales terrestres (250 000 à 300 000 espèces), comprenant les Dicotylédones et les Monocotylédones, diffèrent des autres plantes à graines par la présence des caractères suivants : condensation des organes reproducteurs en une fleur, présence d'un ovaire enveloppant les ovules qui se développera pour donner un fruit, double fécondation de l'ovule donnant l'embryon et son tissu nourricier, l'albumen

- Les plantes, directement ou indirectement (par l'alimentation des animaux d'élevage) sont à la base de l'alimentation humaine

- Elles constituent aussi des ressources dans différents domaines : énergie, habillement, construction, médecine, arts, pratiques socioculturelles, etc

demander aux élèves (on construit l’introduction ensemble) :

1/ quelles sont les formes de production alimentaire humaine ? voir seconde => production végétale et élevage 2/ qu’apportent les plantes à l’Homme ? énergie, habillement, construction, médecine, arts, pratiques socioculturelles, etc.

La culture des plantes constitue donc un enjeu majeur pour l'humanité.

Problématique : montrer que :

- l'Homme agit sur le génome des plantes cultivées et donc intervient sur la biodiversité végétale

- l'utilisation des plantes par l'Homme est une très longue histoire, des pratiques empiriques les plus anciennes à la mise en oeuvre des technologies les plus modernes.

on rejoint ici la partie nourrir l’humanité 1ère ES/L :

Comment obtenir de meilleures productivités végétales en limitant les intrants des agrosystèmes ?

Essentielles à l’alimentation humaine, les plantes cultivées actuelles sont le résultat d’une longue domestication par l’Homme qui a permis de développer leurs qualités nutritionnelles et organoleptiques (goût, aspect…).

Les plantes sauvages dont elles sont issues proviennent de foyers restreints à la surface du Globe. Les connaissances en génétique permettent encore d’améliorer les rendements et les qualités de ces végétaux qui doivent permettre de nourrir l’Humanité.

Comment sont nées les variétés végétales cultivées ? L’amélioration des plantes participe t-elle à la lutte contre la malnutrition ?

Depuis les débuts de l'agriculture, l'homme a créé, à partir d'espèces sauvages, des variétés végétales et des races animales domestiques.

Ainsi, sur les 250 000 espèces de plantes que compte la planète, 7 000 sont cultivées mais trois seulement apportent 60 % des calories végétales consommées par l'humanité : le blé, le riz et le maïs.

De même, sur les 15 000 espèces sauvages de mammifères et d'oiseaux, 35 sont à l'origine de 7 600 races animales. Mais à force de privilégier la productivité, l'agriculture s'uniformise : de nombreuses races domestiques et variétés de fruits et de légumes, jugées non rentables, sont délaissées et oubliées. Tandis que les poulets sont élevés par milliards et les porcs, vaches et moutons par centaines de millions, une race disparaît tous les mois. Pourtant, pour lutter contre une nouvelle maladie ou un parasite d'une culture, pour adapter des animaux à un environnement difficile, il peut être fort utile de faire des croisements avec une variété résistante à une maladie. À condition que celle-ci ne soit pas éteinte…

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Chapitre 9

LA PLANTE DOMESTIQUEE

I / L’ ORIGINE DES PLANTES CULTIVEES

Les espèces cultivées courantes (maïs, riz, blé, choux, choux-fleurs, brocolis, carottes...) ne poussent pas spontanément dans la nature. En revanche, parmi les plantes sauvages, on peut trouver parfois des formes ressemblant à ces espèces cultivées. En réalité, chaque espèce cultivée est issue de la modification par l’Homme d’espèces sauvages au cours d’un processus appelé domestication. Au début du XXe S, un botaniste, le Russe Nicolaï Ivanovich Vavilov, parcourt le monde à la recherche de plantes cultivables utiles : il comprend que la zone d'origine d'une plante est probablement celle où poussent le plus grand nombre de variétés de celle-ci. En suivant ce raisonnement, il situe en particulier l'origine du maïs en MésoAmérique (du Mexique au Costa-Rica) et la plus grande diversité des espèces végétales se concentrerait dans 9 grandes régions du monde. Depuis, ses travaux ont été poursuivis et affinés, et l'on compte 12 "centres de diversité » où poussent encore les plantes sauvages à l'origine des principales espèces cultivées dans le monde. Elles présentent un intérêt important pour l'amélioration génétique des espèces et la création de nouvelles variétés. On peut y trouver des gènes perdus au fil de la domestication ou des échanges de plantes.

téosinte et maïs cultivé actuel

points communs différences

épi grain

téosinte

seules Graminées à fleurs unisexuées(organes mâles + femelles

des fleurs différents) avec même formule chromosomique (caryotype)

hybridation naturelle là où coexistence avec en F1 des hybrides fertiles (pas

de barrière d’isolement reproducteur) : téosinte et maïs sont la même espèce

5 à 12 grain en 2 rangées

dans une coque épaisse, résistante avec

désarticulation à maturité avec égrenage (libération

des grains) => ingestion par les oiseaux et les

Mammifères granivores => pas digérés car protégés par

une coque => rejet par les excréments => dispersion

maïs > 500 grains en 12 à 20 rangées

nus, non-enfermés dans une coque avec maintien fixés à l’axe de l’épi à maturité sans

désarticulation (pas d’égrenage)

donc absence de maintien à l’état sauvage => digestion des grains par les animaux

=> dissémination non possible : sans l’Homme, pas de survie d ela variété

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II / DOMESTICATION PAR SELECTION MASSALE (milliers d’années)

pour le maïs, les premières cultures de téosinte, ancêtre sauvage du maïs cultivé actuel, le début de la domestication a eu lieu par les Amérindiens => le but était nutritif pour des groupes humains sédentaires.

archéologie : des épis de -5400 ans à grains attachés dont certains à 4 rangées avec des grains à coque ouverte : tôt, des phénotypes sont éliminés par sélection naturelle ces maïs sont retrouvés en Amérique du Sud et du Nord jusqu’au Canada à rangées de grains => donc la sélection humaine s’est exercée pour augmente la production de grains et la résistance aux variations des premiers climatiques introduction en Europe : Christophe Colomb et Jacques Cartier (fin XVè- début XVIè) les sélection massales successives ont mis en place des variétés adaptées aux exigences climatiques locales et aux attentes des cultivateurs agriculteurs : naissance de variétés populations à descendance pouvant être inhomogène.

existence de variations génétiques de la téosinte (se rappeler du principe darwinien : il existe une variabilité naturelle intraspécifique) dont certaines à phénotypes intéressants, à visée d’optimisation des rendements. exemple : taille et nombre des grains la pratique du processus de choix des grains pour la récolte suivante est la sélection massale définition : sélection massale = ≠ sélection naturelle non-orientée, sans visée, artificielle, avec évolution des population à visée d’utilisation par l’Homme : choix de plantes les plus intéressantes au niveau phénotypique par utilisation de semences (graines) pour la génération n+1

III / SELECTION SCIENTIFIQUE & HYBRIDATION (1950 à aujourd’hui)

années 1950 : 1ers maïs hybrides (européens)

aujourd’hui, tous les maïs cultivés sont hybrides à rendement élevé et un ajustement croissant de l’adaptabilité des variétés aux climats locaux, véritables variétés homogènes génétiquement à l’origine de la constance des rendements donc des revenus des agriculteurs (aux aléas climatiques exceptionnels près)

lignée pure : individus génétiquement identiques pour les phénotypes recherchés par autofécondation avec fécondation des ovules par le hollande la même plante (la plante est alors dite autogamie)

naturellement, la fécondation du maïs est croisée, le maïs étant allumage (les ovules d’un individu (plant) sont fécondés par un pollen d’un autre plant

cependant l’obtention de lignées pures ne suffit pas car elle manquent de vigueur (vigueur hybride faible avec rendement faible) : ainsi, l’autofécondation humaine empêche la fécondation croisée et le contrôle de l’homogénéité des plants sur devenues lignées pures fixée après 6-7 générations d’autofécondation

obtention d’un hybride :

croisement de 2 lignées pures parentales aux propriétés différentes et complémentaires => graines en F1 semées donnant une génération F1 homogène, uniforme à vigueur hybride, de croissance importante, à épis plus gros, à grains plus nombreux que les lignées pures, combinant les phénotypes des 2 lignées croisées pures : les hybrides F1 forment une variété d’individus de même génotype mais d’abord les graines de la plante femelle mais donc aussi le individus plants issues de leur germination, à intérêt économique.

Mais si le cultivateur veut une partie des graines des plants F1 comme semence, il aurait une aération F2 hétérogène (par suite du brassage méiotique donnant lieu au pollen et aux ovules) : il doit donc chaque année acheter des semences chez le semence qui doit lui renouveler sans cesse la production de graines F1 et les maintenir, les élever et les croiser.

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III / LA DIVERSITE GENETIQUE : UNE RESSOURCE ESSENTIELLE EN DIMINUTION PAR DOSMESTICATION

D’après la littérature, la perte majeure de diversité génétique dans l’histoire du blé est survenue lors de sa domestication avec une réduction de 69 % de la diversité entre les formes sauvages tétraploïdes (Triticum dicoccoides) et l’espèce blé tendre hexaploïde (Triti- cum aestivum) qui en est issue. Van de Wouw et al. ont réalisé une méta-analyse sur les variations de la diversité génétique chez 8 espèces de plantes cultivées à l’échelle mondiale dont le blé tendre, en utilisant des techniques moléculaires pour caractériser cette diversité. Ils citent deux périodes récentes pouvant présenter de nettes pertes de diversité génétique chez ces plantes cultivées :

- le remplacement des variétés de pays par les cultivars modernes qui intervient à des époques différentes selon les régions du monde,

- la «révolution verte» : période d’intensification de l’agriculture dans les années 60 (engrais et pesticides de synthèse, mécanisation, irrigation) en association avec l’utilisation de variétés sélectionnées pour de hauts rendements dans ces conditions intensives. Appliqué d’abord aux pays du Sud, ce terme désigne par extension les mutations agricoles des pays du Nord au milieu du XXème siècle. Ces mutations se sont accompagnées d’une simplification du paysage variétal dans l’offre et l’utilisation, et un recul de la diversité géné- tique cultivée.

Document 15 : diminution de la diversité génétique par domestication

Nombreux sont les cas de destruction de récolte à cause de la monoculture : une modi- fication climatique, un parasite, un ravageur sont des phénomènes qui peuvent être dévastateurs à grande échelle. Ce fut le cas notamment en Irlande où 70 % des récoltes de pommes de terre ont été détruites par le Mildiou ou en France avec l’apparition du Phylloxera sur les vignes (heureusement, le greffage sur des pieds américains a permis de sauver les cépages français) mais aussi en 1970 aux USA avec la destruction de 25% des cultures de Maïs du Corn-belt en 3 ans par l’Helminthosporiose (heureusement, l’existence d’une variété de maïs, le maïs cireux, a permis d’éviter la destruction de plus de 80 % du maïs nord-américain)

La diversité génétique des plantes cultivées permet de conserver une grande variété d’allèles et d’éviter ce genre de catastrophe.

Liens vers quelques ressources (Wikipédia) concernant les dangers de la diminution de la diversité génétique liée à la monoculture :

���

��� ���exemples :

Mildiou et famine irlandaise de 1845 à 1849Le phylloxera et la destruction des vignobles français

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IV / LA TRANSGENESE : UNE TECHNOLOGIE D’AVENIR (LES PGM)

2014 : les surfaces cultivées en OGM sont essentiellement américaines (USA, Argentine, Brésil et Canada, > 85% des cultures transgéniques) + en Chine et Inde. Dans la production agricole européenne, une des plus importantes au monde, la part des PGM est très faible (< 0,1% de la surface agricole utile en 2014 des 28 états membres). La réglementation des OGM, issue en grande partie des débats qui ont agité l'opinion publique de ces pays, a imposé des conditions restrictives à leur emploi. Les principaux pays émergents (Chine, Inde, Brésil, Argentine, etc.) n'ont pas adopté de réglementation particulière en la matière. Les mesures de la surface cultivée en OGM sont principalement rassemblées par le Service international pour l'acquisition d'applications agricoles biotechnologiques (ISAAA) et sont contestées par Les Amis de la Terre2. Les principales plantes OGM cultivées dans le monde sont, dans l'ordre : soja, maïs, coton et colza.

Surfaces cultivées totales

Selon l'ISAAA, les surfaces cultivées en PGM (Plantes Génétiquement Modifiées) sont passées de 1,7 million d'hectares en 1996 à 175,2 millions en 2013 et 181,5 millions en 2014 (+3,6 %). 2014 : toujours selon l'ISAAA, 18 millions d’agriculteurs utilisaient des OGM dans 28 pays, dont 90 % étaient des agriculteurs à faibles ressources. L'utilisation faite par l'Isaaa de la notion de "pays en développement" est en partie trompeuse : au Brésil et en Argentine (2e et 3e plus importants producteurs d'OGM au monde), le soja transgénique est cultivé par des entreprises multinationales ou des grands propriétaires terriens. La dualité de l'agriculture dans ces pays est très forte. Le soja (notamment OGM) a favorisé la concentration des terres et renforcé la pression foncière. En 2014, un nouveau pays rejoint le club des transgéniculteurs : le Bangladesh où une aubergine Bt a été cultivée par 120 paysans sur 12 hectares. Depuis le début des cultures transgéniques, plusieurs pays ont été tentés par cette technologie mais l'ont vite abandonnée : l'Allemagne, la France, la Pologne, la Suède, l'Indonésie, l'Iran, et l'Égypte. Les superficies plantées en cultures transgéniques dans le monde ont atteint 175,2 millions d'hectares, en hausse de 3 % par rapport à 2012, et 181,5 millions d'hectares en 2014 (+3,6%). Entre 1996, année où les premières cultures génétiquement modifiées ont été commercialisées, et 2014, 19 années se sont écoulées, dont 12 ont connu des taux de croissance à 2 chiffres. Cependant, nous assistons, ces dernières années, a un ralentissement progressif de l’augmentation des surfaces  : +10,5% entre 2009 et 2010, +8,1% entre 2010 et 2011, +6,4% entre 2011 et 2012 et +3 % entre 2012 et 2013, +3,6 % entre 2013 et 2014. Les 10 pays ayant le plus produit en 2014 sont les États-Unis (40,3 %), le Brésil (23,3 %), l’Argentine (13,4 %), l’Inde (6,4 %), le Canada (6,4 %), la Chine (2,1 %), le Paraguay, l’Afrique du Sud, le Pakistan et l'Uruguay. Les OGM sont cultivés à plus de 86 % sur le continent américain.

Les principales surfaces cultivées en PGM (plantes génétiquement modifiées) en 2014 se trouvent : • aux États-Unis (73,1 millions d'hectares) : maïs, soja, coton, colza, betterave sucrière, luzerne, papaye, courge ; • au Brésil (42,2 millions d'hectares) : soja, maïs, coton ; • en Argentine (24,3 millions d'hectares) : soja, maïs, coton ; • en Inde (11,6 millions d'hectares) : coton ; • au Canada (11,6 millions d'hectares) : colza, maïs, soja, betterave sucrière ; • en Chine (3,9 millions d'hectares) : coton, papaye, peuplier, tomate, poivron ; • au Paraguay (3,9 millions d'hectares) : soja, maïs, coton ; • au Pakistan (2,9 million d'hectares) : coton ; • an Afrique du Sud (2,7 million d'hectares) : maïs, soja, coton ; • en Uruguay (1,6 million d'hectares) : soja, maïs.

http://gene-abc.ch/fr/le-genie-genetique-dans-lassiette/les-plantes-genetiquement-modifiees.html http://www.caducee.net/DossierSpecialises/inra/genie-genetique.asp

http://www.genetic.ch/opinion/mangre.htm

http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/maitrise/genie.htm

voir cours 2nde

Les enzymes de restriction permettent aux bactéries de se défendre contre les bactériophages, virus susceptibles de les détruire. Ces enzymes sont des endonucléases ; elles découpent l’ADN des bactériophages (virus s’attaquant aux bactéries) en reconnaissant des séquences spécifiques de nucléotides appelés sites de coupure. De très nombreuses enzymes de restriction ont été isolées depuis 1962. Les enzymes de restriction ont été les 1ers outils de manipulation du génome. Les fragments d’ADN obtenus après action enzymatique peuvent être séparés par électrophorèse, une technique de migration de fragments moléculaires ou de molécules selon leur taille et/ou leur charge afin de les identifier, caractériser, isoler. Les enzymes de restriction ont également permis de développer le clonage de gènes. Les gènes isolés sont transférés dans des bactéries par le biais de plasmides recombinés appelés vecteurs. Le gène est alors multiplié par les bactéries.

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les OGM, mauvais pour la santé ?

Le plasmide contient des gènes de résistance à des antibiotiques qui peuvent être inactivés lors de l’insertion du gène à insérer puisque les enzymes de restriction présentent des sites de coupure au milieu de ces gènes. L’inactivation ne se fait que si le gène d’intérêt s’insère ce qui permettra de sélectionner les bactéries ayant incorporé le gène (ce seront celles qui seront sensible à l’antibiotique pour lequel le gène de résistance aura été inactivé).

La bactérie Agrobacterium tumefaciens est capable d’infecter une cellule végétale et de lui transférer son matériel génétique. C’est une transgénèse naturelle (ou transfert horizontal de gènes) que l’on utilise fréquemment pour réaliser des transgénèses ciblées avec des gènes d’intérêt insérés dans des plasmides.

exemple d’OGM américain : maïs triple (Triple Stack) : maïs avec 3 transgènes à l’origine de 3 phénotypes souhaités : tolérance au glyphosate, principal comptant du RoundUp, principal herbicide mondial, expression de 2 toxines insecticides Bt, cultivé selon les méthodes chimiques industrielles classiques incluant l’utilisation de l’herbicide Roundup à base de la matière active glyphosate de Monsanto.L’augmentation sans précédent des cultures de plantes tolérantes aux herbicides s’est accompagnée d’une forte augmentation de l’utilisation de l’herbicide glyphosate dans le monde entier, et en particulier aux États-Unis .Des études scientifiques semblent également montrer l’évidence flagrante des impacts négatifs de l’herbicide sur la santé humaine et animale.

L'organisme peut transformer en vitamine A certains caroténoïdes provenant des végétaux. Parmi eux, le bêta-carotène est de loin la provitamine A la plus importante. La vitamine A est un nutriment essentiel au maintien de la santé oculaire. Une carence en vitamine A entraîne une maladie oculaire et peut conduire à la cécité. En fait, le déficit en vitamine A est la plus grande cause évitable de cécité infantile. Les personnes les plus touchées sont les enfants âgés de 6 mois à 6 ans, les femmes enceintes et allaitantes. Une carence en vitamines A est la raison pour laquelle 350 000 enfants perdent la vue chaque année. Environ 140 millions d'enfants originaires de 118 pays différents font des carences en vitamines A. 1/4 des décès infantiles et 30% des cas de cécité dans le monde sont causés par une carence en vitamines A. Au début du XXIe siècle a été mise au point une variété transgénique de riz produisant du carotène : il s’agit du Golden Rice ou Riz Doré.

objectifs : pas très différents de ceux des 1ers cultivateurs, il y a -10 000 ans : cultiver des plantes résistantes et à haut rendement. Ce qui a changé, évolué : les méthodes de culture, qui se sont diversifiées au fil des années.

Le génome de tous les êtres vivants – donc celui des plantes aussi – subit régulièrement des mutations à l’origine de nouveaux phénotypes (ou de leur perte) au fil du temps. L’Homme, de très longue date, utilise ces mutations naturelles et cultive de nouvelles espèces en sélectionnant des plantes avec les propriétés souhaitées en les multipliant et en les croisant avec d’autres plantes. Ainsi, toutes nos variétés de céréales cultivées aujourd’hui viennent de Graminées ( = Poacées, environ 12 000 espèces en 700 genres parmi lesquelles les herbes, céréales et bambous) , variétés sauvages.

Ou la prune, par exemple, qui est un croisement entre la prunelle et la prune-cerise.

La mutation naturelle du génome est un processus extrêmement lent, graduel. Afin de l’accélérer, les semences sont parfois traitées par rayons X ou par produits chimiques. Cela permet d’augmenter la fréquence des mutations et, par conséquent, la probabilité que les plantes acquièrent de nouvelles propriétés utiles. Mais le processus est aléatoire car la nature, le nombre et leur emplacement le sont.

mais aujourd’hui, par génie génétique, on peut modifier certains gènes de manière ciblée et transférer sur une plante des propriétés intéressantes (pour les rendre résistantes à un insecte précis, par exemple, voir maïs Bt).  Le gène transféré ne doit pas obligatoirement provenir d'une autre plante, il peut aussi provenir d'une bactérie, d'un champignon, d'un virus ou d'un animal. Cette introduction de gènes non apparentés différencie le génie génétique vert des méthodes de culture traditionnelles.  

1983 : 1ère plante génétiquement modifiée (transgénique) cultivée

> 30 ans après : on trouve aujourd'hui sur le marché des variétés transgéniques de nombreuses plantes de culture, comme p.ex. du maïs, de la pomme de terre, du colza, du soja et du coton.

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quoi ? exemple

Résistance aux organismes

nuisibles

Les plantes peuvent être génétiquement modifiées de manière à ce qu’elles

soient plus résistantes aux parasites. Le but étant

d’augmenter la productivité des récoltes. Il

est donc logique que quand les plantes ont la

possibilité de se défendre par elles-mêmes contre les

parasites, le paysan n’a plus besoin d’utiliser

autant de produits phytosanitaires.

◦ Le maïs résistant aux insectes : la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) produit une protéine toxique qui a un effet mortel sur les larves de certains insectes. Quand les larves

mangent la bactérie, le produit toxique provoque l’apparition de trous dans l’intestin des larves – elles meurent alors de faim. Les généticiens sont parvenus à transférer le gène Bt sur des

plantes et à leur assurer ainsi une protection contre des larves d’insectes. Ainsi, les plants de maïs sont, p.ex., protégés contre la pyrale du maïs. Les esprits critiques pensent que cette toxine

pourrait également avoir des effets néfastes sur d’autres animaux, inoffensifs pour les plantes. Le maïs BT est cultivé à

grande échelle sur le continent américain et africain. En Europe, c’est notamment en Espagne qu’il existe de vastes cultures.

Selon un principe similaire à celui pour le maïs BT, présenté ici, des pommes de terre résistantes aux champignons ou des betteraves

résistantes au virus ont été développées selon des méthodes génétiques et sont cultivées aux Etats-Unis notamment.

La résistance aux herbicides

Dans les champs, les mauvaises herbes se

battent avec les plantes de culture pour l’espace, la

lumière, l’eau et les substances nutritives.

Mais dans cette lutte, les plantes de culture sont la

plupart du temps perdantes et elles sont

envahies par les mauvaises herbes. C’est

pourquoi le paysan utilise des herbicides (=

désherbants) qui tuent les mauvaises herbes. Cette

méthode permet aux paysans de combattre

efficacement les mauvaises herbes, sans devoir les arracher à la

main, ce qui est très pénible. Mais les

herbicides ont un effet sur toutes les plantes, c’est-à-dire aussi sur les plantes

de culture. Celles-ci peuvent alors être

modifiées génétiquement, afin qu’elles deviennent

résistantes aux herbicides. Cela permet de baisser la

charge de travail et d’augmenter en même

temps la productivité des récoltes.

Le soja et la résistance aux herbicides: A l’aide du génie génétique, on a transféré un gène de bactérie sur des plantes de soja et on leur a ainsi

conféré une protection contre un herbicide biologiquement dégradable. A l’opposé des mauvaises herbes détruites par l’herbicide, ce soja

transgénique s’en tire sans dommage et peut prospérer. Contrairement à la culture du soja traditionnel, où il faut 3 à 5 herbicides différents pour lutter contre les mauvaises herbes, le paysan n’a plus besoin que de ce

seul herbicide pour la culture du soja transgénique. Ce type de soja transgénique est cultivé à grande échelle en Amérique du Nord et du

Sud.

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Résistance au mauvais temps

Les conditions défavorables du climat et du sol, comme le froid, le manque de pluie, l’air très humide, une terre pauvre

ou fortement saline, peuvent rendre les cultures

difficiles, voire impossibles. Les

généticiens essaient d’obtenir des plantes qui

résistent à de telles conditions défavorables. A notre époque, qui subit un

changement climatique global, ce type de plantes serait utile pour permettre

aux personnes de se nourrir, même si les

conditions climatiques sont peu favorables.

Maïs tolérant à la sécheresse: des généticiens ont réussi à cultiver une sorte de maïs qui supporte les périodes de sécheresse. Pour ce faire, ils

ont transmis à la plante un gène qui l’aide à maintenir les fonctions vitales de ses cellules durant les situations de stress, comme le manque

d’eau, par exemple. Des essais en plein champ ont montré que cette nouvelle sorte de maïs ne révèle aucune baisse de production, même en cas de sécheresse et sans alimentation en eau supplémentaire. A partir de 2012, la culture commerciale de ce maïs tolérant à la sécheresse est

autorisée aux Etats-Unis.

Elimination des propriétés

indésirables

Tu as vu comment on pouvait attribuer à une

plante une nouvelle propriété désirée. On

te démontre maintenant le contraire: il est en effet

possible de désactiver les propriétés indésirables d’une plante, p.ex. la

production d’une toxine. Pour cela, le gène

correspondant est éliminé ou désactivé.

Riz sans allergènes : le riz contient une protéine qui provoque chez certaines personnes une allergie. Les généticiens ont réussi à désactiver le gène du riz correspondant. Par conséquent, la protéine qui déclenche

l’allergie n’est plus produite – et le riz convient parfaitement aux personnes allergiques. Ce riz est testé dans le cadre de premiers essais en plein champ. Cette méthode pourrait également être appliquée aux

noix, pommes, soja, céléri et aux carottes. Tous ces aliments contiennent des protéines qui provoquent des allergies chez de nombreuses

personnes. Mais toutes ces plantes génétiquement modifiées n’en sont qu’à la phase de développement.

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Augmentation de la valeur

nutritive

Les populations des pays en voie de développement

ne disposent principalement que de

légumineuses, de riz, de maïs ou d’une autre sorte

de céréales comme nourriture. Une telle

nourriture ne peut pas couvrir tous les besoins nutritifs vitaux, ce qui conduit à de graves

maladies causées par des carences. C’est pourquoi les généticiens essaient

d’augmenter la valeur nutritive des principales

plantes de culture.

Du maïs avec plus d’AA essentiels : les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines dont 10 doivent être absolument apportés par l’alimentation : on les qualifie d’essentiels. Contrairement à l’homme, les plantes supérieures produisent par elles-mêmes la totalité des 20. Mais

la teneur en certains AA essentiels est très faible dans les plantes nutritives principales. Ainsi le maïs ne contient que peu de lysine et de

méthionine. On essaie alors grâce au génie génétique, d’en augmenter la teneur dans le maïs. Ce maïs transgénique est déjà cultivé dans

certaines régions du globe, mais il ne peut être importé en Europe, ni comme aliment, ni comme fourrage pour les animaux.

contexte mondial : Le riz est la plante nutritive la plus importante au monde. C’est la nourriture de base de plus de deux milliards de

personnes dans les pays en voie de développement. Tu vas maintenant apprendre pourquoi et comment les généticiens ont cultivé du riz produisant dans ses grains de la provitamine A. 250 000 enfants

aveugles par année

construction : 3 gènes pour le « riz doré »

2 des 3 gènes proviennent de la fleur de narcisse, le troisième d’une bactérie. Les généticiens de l’EPFL Zurich ont alors introduit ces gènes

dans les cellules du riz. Le fonctionnement de ce procédé est décrit dans le chapitre «Introduire des gènes dans des bactéries». Les cellules de riz

transgénique, qui ont intégré les 3 gènes de manière stable dans leur ADN, ont été traitées avec des hormones végétales pour qu’elles puissent se développer finalement en plantes de riz. Ces plantes

produisent de la provitamine A dans leurs grains. Elle donne aux grains une couleur jaune. C’est pourquoi on parle aussi de «riz doré». Seule

l’enveloppe du riz contient de la provitamine A que l’organisme transforme en vitamine A. C’est pourquoi les personnes qui se

nourrissent presque exclusivement de riz souffrent d’un manque aigu en vitamine A. Cela peut entraîner la cécité. Le manque de vitamine A

augmente également les cas de maladies infantiles, comme la rougeole, les diarrhées et les maladies respiratoires. Environ 124 millions

d’enfants dans le monde souffrent d’un manque en vitamine A et, rien qu’en Asie du sud-ouest, 250 000 enfants deviennent aveugles chaque

année. A l’aide de plantes de riz produisant de la provitamine A dans leurs grains, 1 à 2 millions d’enfants dans le monde pourraient être

sauvés  de la mort par année. Dans ce cas, pourquoi les gens ne mangent-ils pas tout simplement du riz non décortiqué pour résoudre ce

problème ? Ce n’est hélas pas aussi simple car l’enveloppe du riz contient une large part d’huiles grasses. Non décortiqué et entreposé dans des climats tropicaux, il devient vite rance et inmangeable. Voilà

pourquoi on le décortique, d’où la perte précieuse vitamine A.

Les grains de riz doivent produire de la provitamine A

des plants de riz ont été obtenus produisant de la provitamine A, dans leur enveloppe, mais aussi dans les grains. Les chercheurs se sont dit,

qu’avec 3 enzymes supplémentaires, le riz pouvait éventuellement produire de la provitamine A dans ses grains. Il s’agissait donc de

transmettre au riz ces trois gènes provenant d’autres espèces vivantes. Ils ont ensuite réussi à augmenter encore la teneur en provitamine A des

grains de riz. Des chercheurs de Zurich tentent encore de transférer la capacité de produire de la vitamine A sur plusieurs sortes de riz qui se sont adaptées aux conditions climatiques et aux sols des pays en voie

de développement. Une grande partie des moyens financiers nécessaires à ces recherches est versée par la Fondation Bill-Gates, une des

fondations humanitaires les plus importantes du monde. Parallèlement, des études sont en cours sur la tolérance et l’impact du riz transgénique

sur l’homme et l’environnement. Mais les efforts de l’industrie pour poursuivre le développement du «riz doré» et pour le commercialiser ont été stoppés par la forte vague de contestations contre le génie génétique

vert.

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http://www.caducee.net/DossierSpecialises/inra/genie-genetique.asp

http://www.genetic.ch/opinion/mangre.htm

http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/maitrise/genie.htm

Points clefs :

- histoire de la domestication des variétés sauvages / histoire humaine, l’agriculture

lente domestication : -11500 ans : sédentarisation humaine avec début de culture (Proche-Orient : engrain, amidonnier)

apparition de formes mutants naturelles au milieu de 1000 ans de ressemage naturel au sol après tombée des graines : génération après génération, les cultivateurs ont involontairement sélectionné les variétés les plus aptes à la culture qui ont progressivement perdu leur capacité à survivre hors-champ

innovation génétiques spontanées => évolution des variétés

ex : l’amidonnier cultivé tétraploïde, lui-même hybride croisé avec l’égilope (céréale sauvage) a donné naissance à, il y a -8500 ans à blé hexaploïde dont propriété = farine panifiable => blé tendre

la sélection massale, à l’origine d’une biodiversité façonnée par les agriculteurs

la sélection scientifique des végétaux : obtention d’une lignée pure homozygote

croisement avec hétérosis et vigueur hybride => hybrides AB depuis lignées pures A & B

les cultures in vitro

sélection assistée par les marqueurs (SAM) moléculaires pour choisir les individus

les OGM et la transgenèse

http://www.canal-u.tv/video/les_amphis_de_france_5/la_transgenese_vegetale.3062

les enjeux autour des semences

vers une hégémonie des OGM :

débuts : 1996 / 8% des surfaces cultivées en 2007

nouvelle propriété conférées aux variétés : résistance aux herbicides et plante insecticide

faire réfléchir les élèves aux arguments des opposants aux OGM :

à savoir :

- appropriation du vivant par les rares firmes semencières en situation de quasi-monopole par des brevets

- coût des semences

- effets sur la santé humaine, et animale mal évalués et connus

- effets négatifs suspectés sur l’environnement (perte de biodiversité, pollution par les herbicides, dissémination des transgènes ...)

- apparition de mauvaises herbes et d’insectes résistants

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Bilan :

Il y a - 10 000 ans environ (date imprécise), les hommes ont commencé à cultiver certaines plantes sauvages. Progressivement, sous l’effet de pratiques culturales, ces plantes ont évolué, perdant des caractères essentiels à la vie sauvage, acquérant d’autres caractères facilitant leur culture et récolte : la répartition des phénotypes des plantes cultivées a été réorientée par l’Homme : ces plantes sont ainsi devenues en quelques siècles des plantes domestiques.

D’origine paysanne avec sélection massale ( élimination de plantes moins intéressantes et multiplication des plus utiles génération après génération) , la biodiversité cultivée actuelle a bénéficié de sélection scientifique (hybrides issus d’hybridations de lignées pures, lignées génétiquement stables et homogènes) puis de biotechnologies et du génie génétique (transgenèse et OGM, clonage) ayant accéléré encore l’amplification du processus de création variétale de plantes cultivées répondant à de nouveaux besoins en étant plus productives, en permettant une agriculture plus respectueuse de la santé, de l’environnement, de la biodiversité et se révélant rentables économiquement.

Quel statut bioéthique juridique pour les gènes de ces plantes ? patrimoine collectif à gérer par les uns ou matières premières privées pour d’autres (voir semences OGM des PGM …) ?

La domestication des plantes est :

- 1/ un processus d’évolution complexe au cours duquel l’Homme par l’usage des plantes et des animaux a conduit à des changements morpho-physiolo-génétiques de ces organismes permettant de distinguer les espèces domestiquées de leurs ancêtres sauvages - 2/ une des innovations technologiques les plus importantes de l’histoire humaine : pilier de la révolution néolithique de -13 000 -10 000 ans avant notre ère, période de l’apparition de l’agriculture et de la sédentarisation des communautés humaines. Cette question de la domestication reste d’actualité en mobilisant des disciplines scientifiques variées

- 3/ liée au développement d’outils moléculaires de haute technologie

C’est un processus d’avenir pouvant apporter des réponses aux nombreux enjeux actuels posés à l’agriculture.

http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-histoire-selection.html

http://www.canal-u.tv/video/les_amphis_de_france_5/la_transgenese_vegetale.3062

http://www.caducee.net/DossierSpecialises/inra/genie-genetique.asp

http://www.genetic.ch/opinion/mangre.htm

http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/maitrise/genie.htm

http://gene-abc.ch/fr/le-genie-genetique-dans-lassiette/les-plantes-genetiquement-modifiees.html

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Marche/

la domestication des plantes : origine, mécanisme & impact : http://videocampus.univ-bpclermont.fr/?v=OLIeqmDbsWVH

http://www.inra.fr/annee_darwin/domestication_et_selection/des_plantes/evolution_sous_influence_humaine_histoire_de_la_domestication_du_mais

http://www.crdp-grenoble.fr/accompagnement-et-formation/conferences/Selosse290212.mp3

http://books.google.fr/books?id=6pbtFya2zy8C&lpg=PA693&dq=tomates%20variétés%20moneymaker%20montfavet&hl=fr&pg=PA15#v=onepage&q&f=fals

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http://www.inra.fr/genomique/SIA2001/sommaire.html

la domestication du maïs : http://www.larecherche.fr/savoirs/dossier/domestication-du-01-12-2001-78365

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