Thème IIB– La plante domestiquée -...
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Thème IIB– La plante domestiquée Chapitre 1 - La plante domestiquée
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Thème IIB– La plante domestiquée
Chapitre 1 - La plante domestiquée
Exercices d’application
Fiche 1
Exercice 1 : Avez-vous retenu ? 1 : ADN circulaire bactérien. 2 : Ensemble d’organismes au patrimoine génétique identique. 3 : Zone géographique correspondant au foyer d’origine de l’agriculture. 4 : Espèce correspondant à l’ancêtre du maïs. 5 : Molécules minérales ou organiques utilisées à grande échelle pour se débarrasser d’êtres vivants nuisibles. 6 : Ensembles de techniques permettant la modification du génome d’une espèce. 7 : Technique permettant d’intégrer un gène dans le génome d’un organisme. 8 : Capacité d’une plante à pouvoir former une cellule œuf entre deux de ses propres gamètes. 9 : Poison soluble produit par un être vivant. 10 : Individu issu du croisement entre deux individus appartenant à deux espèces différentes, deux sous-espèces ou deux variétés. 11 : Organisme issu du travail des généticiens. 12 : Adjectif qualifiant un mode de sélection issu de l’observation. 13 : Chez les plantes, processus débuté il y a environ 10 000 ans dans le croissant fertile.
5 61 2 4 3 7
8 9 10 - - 11 12
13
5 61 2 4 P GP C 3 7 T R A N S G E N E S EL L M E S N
8 A U T O F E C O N D A T I O N T IS N Y S 9 T O X I N EM E E 10 H Y B R I D E C -I N N I GD - T D EE 11 O G M 12 E M P I R I Q U E N
R EI TE 13 D O M E S T I C A T I O NN QT U
E
Vrai FauxUn OGM est un organisme chez qui on a modifié le nombre de chromosome. Les espèces cultivées actuellement n’existaient pas avant l’action de l’homme.
La sélection des plantes cultivées est une technique récente car elle nécessite des connaissances en génétique.
L’hybridation consiste à croiser des plantes ayant des génomes différents. La transgénèse n’est possible qu’entre deux individus de la même espèce. La transgénèse est une technique qui permet d’intégrer un nouveau gène chez une espèce donnée.
Les biotechnologies appliquées à la biologie végétale permettent de remplacer le génome d’une plante par un autre.
Exercice 2 : Avez-vous compris ? Vrai ou faux ?
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√√
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Fiche 2
Exercice 3 : avez-vous compris suite !
Q1 - Expliquez pourquoi il est important de conserver la biodiversité des plantes cultivées comme protection contre les agents pathogènes.
Q2 - Quelle(s) différence(s) existe-t-il entre l’hybridation et la transgénèse ?
La biodiversité génétique des plantes permet l’existence de nombreux allèles dans la population. Ces nombreux allèles peuvent permettre la résistance à des variations du milieu ou à des attaques d’agents pathogènes.
Croisement naturel ou dirigé par l’homme entre deux espèces génétiquement proches par reproduction sexuée.
Transfert d’un gène d’intérêt réalisé grâce au génie génétique entre deux espèces génétiquement +/- proches.
Vrai Faux
L’indice de diversité génétique est donné en pourcentage.
La diversité génétique est plus faible chez le sorgho sauvage que chez le tournesol sauvage.
La diversité génétique du pois sauvage est 3 fois plus importante que celle du pois cultivé.
La domestication augmente la biodiversité chez ces espèces végétales.
La diversité génétique du tournesol cultivé montre qu’il provient de différentes souches originelles.
La diversité génétique est toujours plus faible chez l’espèce domestique que chez l’espèce sauvage.
Exercice 4 : Diversité et domestication. On peut évaluer la diversité génétique d’une population en recherchant chez tous les individus la présence de séquences alléliques différentes pour un gène donné. Cette diversité a été étudiée pour diverses espèces et les résultats vous sont donnés sur le graphique.
0
0,13
0,25
0,38
0,5
Orge Pois Sorgho Tournesol Maïs Soja
sauvages cultivés
A partir de l’étude du graphique, indiquez si les propositions ci-dessous sont justes ou fausses.
Diversité génétique comparée entre des plants cultivés et sauvages chez différentes espèces.
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Exercice 5 : Restitution des connaissances.
Les plantes sont à la base de l’alimentation humaine et constituent aussi des ressources dans le domaine de l’énergie, l’habillement, la médecine… La culture des plantes constitue un enjeu majeur pour l’humanité.
Montrez comment l’Homme, depuis des millénaires, agit sur le génome des plantes qu’il cultive afin de les adapter à ses besoins. Votre exposé sera organisé en parties structurées avec une introduction et une conclusion. Un schéma illustrant une transgénèse est attendu.
NB : Vous pouvez répondre sous forme d’une carte mentale (qui correspond à votre brouillon pour cet exercice de type 1) mais l’introduction et la conclusion seront rédigées. Le schéma demandé doit apparaître sur votre carte !
Exercice 5 : Restitution des connaissances. Montrez comment l’Homme, depuis des millénaires, agit sur le génome des plantes qu’il cultive afin de les adapter à ses besoins.
NB : Vous pouvez répondre sous forme d’une carte mentale (qui correspond à votre brouillon pour cet exercice de type 1) mais l’introduction et la conclusion seront rédigées. Le schéma demandé doit apparaître sur votre carte !
Montrer action de l’homme sur le génome des plantes
2) Les modifications du génomes
1) Les critères de sélection
Depuis néolithique
Qui facilitent la culture
Qui améliorent l’utilisation
Graines attachées au rachis
Port plus érigé
Perte de systèmes de défense (aiguilles,
molécules amères…)
Graines plus riches en glucides
Graines nues
Amélioration historique depuis 10
000 ans
Modif du génome (plantes moins aptes à résister dans nature) donc 2)
Modif génome par hybridation
Modif génome par génomique
Biologie cellulaire: Clonage de cellules
totipotentes
Mutagénèse provoquée par
rayons X
Transgénèse 1983
SCHEMA définition
INTROConclusion (pb
OGM?)
Fiche 3
Caractères Engrain et amidonnier (sauvages)Blé dur et blé tendre
(cultivés)
Solidité de l’épiRachis très fragile
(facilite la dissémination des graines)
Rachis solide (facilite la récolte des
grains)
Forme des grains à maturité
Vêtus (les glumelles protègent le grain)
Nus (séparation grain/glumelle
et formation de farine facilitée)
Maturation des grains des différents individus
Etalée dans le temps (probabilité augmentée de rencontrer
des conditions favorables pour la maturation)
Synchrone (récolte facilitée)
épillet
épillet
Engrain sauvage 2n=14
Egilope faux épautre 2n=14Amidonnier
sauvage 2n=28
Amidonnier cultivé 2n=28
Egilope rugueux 2n=14
Blé tendre 2n=42
Blé dur 2n=28
Exercice 6 : Amélioration des variétés de blé Les blés cultivés (blé dur et blé tendre) ont des caractéristiques communes avec des espèces sauvages comme l’amidonnier sauvage et l’engrain sauvage. Le blé dur est utilisé pour faire de la semoule et des pâtes ; le blé tendre est utilisé pour faire de la farine, du pain…
Les fleurs de ces végétaux sont regroupées par trois et formes des épis. Chaque fleur ne donne qu’un seul grain. Celui-ci est entourés de glumelles qui tombent soit spontanément (grain nu) soit : lors du battage des épis (grain vêtu).
Document 1b : caractéristiques du blé et de deux espèces sauvages proches morphologiquement du blé.
Document 1: comparaison des blés cultivés et d’espèces sauvages morphologiquement proches.
Document 1a: Organisation d’un épis de blé. Snv.jussieu.fr
Document 2 : Histoire possible de la domestication du blé.
Exercice 6 : questions Q1 - Indiquez sur le graphique les étapes suivantes : - croisement naturel et polyploïdisation (17 000 ans) - sélection d’une variété intéressante (12 000 ans) - sélection d’une variété intéressante (2 000 ans) - croisement et polyploïdisation (9 000 ans)
Croisement naturel et polyploïdisation (17 000 ans)
Sélection d’une variété intéressante (12 000 ans)
Sélection d’une variété intéressante (2 000 ans) Croisement et polyploïdisation
(9 000 ans)
Engrain sauvage 2n=14
Egilope faux épautre 2n=14Amidonnier
sauvage 2n=28
Amidonnier cultivé 2n=28
Egilope rugueux 2n=14
Blé tendre 2n=42
Blé dur 2n=28
Document 2 : Histoire possible de la domestication du blé.
Exercice 6 : questions Q2 - QCM 1 - La récolte des grains est facilitée par :
Un rachis fragile. Des grains regroupés en épi. Une maturité synchrone des grains. Des glumes se séparant du grain.
2 - Le blé dur : Est une variété de la même espèce que le blé tendre. Possède 14 chromosomes. A été créé à partir de l’égilope rugueux. Possède 14 paires de chromosomes.
3 - L’amidonnier sauvage : Est de la même espèce que l’amidonnier cultivé. A été obtenu par un croisement effectué par l’homme. Est une espèce ancestrale du blé dur et du blé tendre.
4 - L’obtention des deux blés : Est l’œuvre intégrale de l’homme. A nécessité le recours aux biotechnologies. A suivi les mêmes étapes. Est ancienne à l’échelle de l’homme.
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Fiche 4
ISOLEMENT DU GENE Bt extrait du bacillus thuringiensis
Insertion du gène Bt dans un plasmide vecteur possédant un gène de résistance à
un antibiotique
Transfert du gène dans bactéries hôtes
Transfert du gène des bactéries hôtes à des agrobactérium
Culture d’agrobactérium transformés en présence de tissus végétaux afin de
transférer le gène aux cellules végétales
Sélection des bactéries hôtes modifiées par un milieu contenant l’antibiotique
Transfert du gène des agrobactérium aux cellules végétales
Transfert du gène par canon à ADN (plasmides vecteurs)
Création du maïs transgénique résistant à la pyrale
Exercice 7 : le maïs transgénique.A partir du document projeté, légendez les étapes représentées.
canon à ADN
agrobactérium
Tissu végétal
cellule végétale
agrobactérium
TECHNIQUE 1
TECHNIQUE 2
ISOLEMENT DU GENE Bt extrait du bacillus thuringiensis Insertion du gène Bt dans un
plasmide vecteur possédant un gène de résistance à un antibiotique
Transfert du gène dans bactéries hôtes
Transfert du gène des bactéries hôtes à des agrobactérium
Culture d’agrobactérium transformés en présence de tissus végétaux afin de transférer le gène aux cellules végétales
Sélection des bactéries hôtes modifiées par un milieu contenant l’antibiotique
Transfert du gène des agrobactérium aux cellules végétalesTransfert du gène par
canon à ADN (plasmides vecteurs)
canon à ADN
agrobactérium
Tissu végétal
cellule végétale
agrobactérium
TECHNIQUE 1
TECHNIQUE 2
Création du maïs transgénique résistant à la pyrale
Exercice 7 : le maïs transgénique.
Fiche 5
Exercice 8 : Les tomates génétiquement modifiées.
A partir des informations issues des documents et de vos connaissances, dégagez les arguments permettant de justifier l'intérêt de ces tomates transgéniques NHX1 pour l'agriculture.
Document 1 : Cultures expérimentales de tomates. a - Tomates sauvages poussant sur un milieu riche en sel (200mM de NaCl) b - Tomates transgéniques poussant sur un milieu riche en sel (200mM de NaCl) c - Tomates sauvages poussant sur un milieu pauvre en sel.
Document 2 : Expression du gène NHX1 chez l'OGM. Des extraits protéiques provenant de tomates sauvages (1 à 3) et de tomates transgéniques (4 à 6) sont comparés par électrophorèse. Ces extraits sont obtenus à partir de membranes vacuolaires (1 et 4), de membranes nucléaires (2 et 5) et de membranes plasmiques (3 et 6). La présence de la protéine NHX1 est révélée par un anticorps spécifique couplé à une molécule colorée.
Document 3 : Comparaison des concentrations en ions Na+ dans des plants de tomate sauvage et NHX1 sur sol normal et sur sol sursalé (200mM de NaCl).
L'excès de sel empêche donc des plants sauvage de pousser correctement mais la modification génétique permet aux plantes de ne pas être sensibles à cet excès de sel. Les tomates transgéniques peuvent donc croître sur des sols normalement peu favorables pour les autres plantes.
Les plants (b) génétiquement modifiés eux, ont une croissance sur milieu riche en sels presqu'aussi important que les plants témoins. La modification génétique permet donc de pallier le surplus de sels.
Lorsqu'on compare leur croissance avec celle des plants poussant sur un milieu riche en sels, on voit qu'ils sont bien plus grands. Le milieu riche en sel n'est donc pas bénéfique pour les plants de tomates.
- document 1: La culture des plants de tomates sauvages (c) dans un milieu sans sels , sert de témoin.
Document 1 : Cultures expérimentales de tomates. a - Tomates sauvages poussant sur un milieu riche en sel (200mM de NaCl) b - Tomates transgéniques poussant sur un milieu riche en sel (200mM de NaCl) c - Tomates sauvages poussant sur un milieu pauvre en sel.
- document 2 : Les tomates transgéniques du document 1, ont reçu le gène NHX1 prélevé chez les plantes Arabidopsis thaliana.
La transgénèse a donc permis la fabrication de la protéine NHX1 au niveau des membranes des vacuoles des cellules des tomates transgéniques.
On peut également voir que le gène responsable de la synthèse de cette protéine ne s'exprime qu'au niveau de la membrane de la vacuole (mais pas au niveau de la membrane nucléaire ni de la membrane plasmique).
L'électrophorèse des protéines membranaires de tomates témoins et de tomates transgéniques NHX1 montre que la protéine NHX1 n'est présente que chez les tomates modifiées.
Document 2 : Expression du gène NHX1 chez l'OGM. Des extraits protéiques provenant de tomates sauvages (1 à 3) et de tomates transgéniques (4 à 6) sont comparés par électrophorèse. Ces extraits sont obtenus à partir de membranes vacuolaires (1 et 4), de membranes nucléaires (2 et 5) et de membranes plasmiques (3 et 6). La présence de la protéine NHX1 est révélée par un anticorps spécifique couplé à une molécule colorée.
- document 3 : Les concentrations en Na+ des plants sauvages et transgéniques sur sols peu salés sont autour de 0.1 mg.100mg-1 de poids sec, alors que celles des plants transgéniques sur sols salés sont de 0.82 mg.100mg-1.
Il y a donc 7 fois plus de sel dans les plants de tomates transgéniques sur milieu riche en sel.
Les plantes transgéniques sont donc capables de stocker le sel afin que celui-ci ne perturbe pas leur métabolisme (donc la photosynthèse).
Document 3 : Comparaison des concentrations en ions Na+ dans des plants de tomate sauvage et NHX1 sur sol normal et sur sol sursalé (200mM de NaCl).
les vacuoles sont des organites cellulaires présents chez les végétaux. Elles sont gorgées d'eau et servent à la plante de zone de stockage (d'eau et de différentes molécules). Les plantes échanges des molécules et de l'eau avec le sol au niveau des racines. L'ensemble est transporté dans la plante par des vaisseaux spécialisés.
Éléments de démarche : synthèse (L’élève présente la démarche qu’il a choisie pour répondre à la problématique, dans un texte soigné (orthographe, syntaxe), cohérent (structuré par des connecteurs logiques), et mettant clairement en évidence les relations entre les divers arguments utilisés.)
Les plants de tomates NHX1 possèdent dans leur génome le gène issu d'Arabidopsis thaliana leur conférant la possibilité de produire la protéine NHX1 (doc.2) au niveau de leur membrane vacuolaire. La présence de cette protéine leur permet de mettre en réserve, probablement dans la vacuole, le sel prélevé au niveau des racines (doc.3) sans pour autant que ce surplus de sel ne leur pose de problème pour leur croissance (doc.1). On obtient donc des plants capables de pousser sur sols salés (donc normalement impropres à la croissance de plantes (doc.1)) aussi bien que les plantes sauvages sur sols non salés (doc.1). Ces plantes sauvages ne sont, elles, pas capables de produire la protéine NHX1 (doc.2), et donc ne sont pas capables de pousser sur sols salés (doc.1). Les plantes transgéniques sont donc un atout pour l'agriculture en permettant la mise en culture de sols normalement impropres à la croissance de plantes.
