THEME 2 : Les enjeux planétaires contemporains Afin de s’inscrire dans une démarche de développement durable… Comment exploiter l’énergie interne de la terre (géothermie)? Comment améliorer la production végétale pour alimenter l’humanité? : CHAP II. La plante domestiquée Pour se nourrir, se soigner, s’habiller… l’Homme a toujours utilisé au mieux la biodiversité végétale. D’abord en utilisant les espèces sauvages, puis il a environ 10.000 ans en domestiquent les plantes… Comment L’Homme est-il parvenu à domestiquer les plantes et quels sont les impacts de cette domestication ? Exemple: L'histoire du maïs est étroitement liée à celle de l'humanité. Grâce au travail de l’Homme, cette plante a évolué et son aire de culture s'est développée. Le maïs résulterait de domestication de la Téosinte par l’Homme (Mexique)

CHAP II. La plante domestiquée II.1 Comparaison entre plantes cultivées et ancêtres sauvages supposés Avec l’exemple du maïs, DOC p.246-247 ACT 1 polycopié: Le maïs est cultivé aujourd’hui dans presque toutes les régions du monde, c’est la troisième céréale du monde, il est la base de l’alimentation d’une grande partie de la population mondiale. Quels sont les éléments de comparaison entre le Maïs domestiqué et son ancêtre  « Téosinte » et en quoi les caractéristiques du maïs sont des avantages pour une plante cultivée ? Activité TP (en groupe) proposée : 1) A partir des différentes informations ci-dessous à compléter par vos propres mesures et observations (livre p.246 et 247) : Indiquer les ressemblances et différences entre Maïs cultivé et Maïs ancestral sauvage, préciser en quoi les caractéristiques du maïs sont des avantages pour une plante cultivée et comment les Hommes y sont parvenus ?

La forme cultivée (maïs): plant haut, Activité proposée : A partir des différentes informations ci-dessous à compléter par vos propres mesures et observations (livre p.246 et 247 + manipulations)  : Indiquer les ressemblances et différences entre Maïs cultivé et Maïs sauvage, préciser en quoi les caractéristiques du maïs sont des avantages pour une plante cultivée  et comment les Hommes y sont parvenus ? La forme cultivée (maïs): plant haut, peu ramifié et donc favorable à une culture dense. La forme sauvage est buissonnante, ramifiée. téosinte maïs

Forme cultivée: le nombre de grains sur le fruit est important, les enveloppes protectrices (glumes) des graines sont réduites, voire absentes: plus digestes, mais plus sensibles aux agents de l’environnements. Taille des fruits plus importante (plus de « biomolécules » disponible = rentabilité ). Les grains restent sur l’épis à maturité: facile à récolter.

Forme domestiquée: Longueur = 0.8 cm Masse = 0.27 g Nombre de grains par épi = environ 500 Réserves de l’albumen : amidon (test à l’eau Iodée) Glumes non soudées et souples. Grains qui ne se détachent pas du rafle naturellement NB: L'amidon composant est une substance énergétique (glucides lents) à la base de la nourriture humaine. Le grain, ayant une teneur très faible en eau, se conserve d'une année sur l'autre et il peut facilement se réhydrater.

Cette domestication est le résultat d’une sélection « visuelle », choix des meilleurs reproducteurs par leurs caractéristiques intéressantes pour l’Homme (choix ou « sélection » empirique).

Activité TD proposée (classe entière) :

La diversité des Maïs repose sur les types de grains, 2) Biodiversité et domestication des plantes Q 2 p.248 La diversité des Maïs repose sur les types de grains, leur teneur en glucides et finalement sur leur utilisation par l’Homme. Cette biodiversité est le résultat d’une sélection génétique dirigée opérée par l’homme (visuelle ou empirique puis expérimentale) : amélioration des espèces tout en préservant la plante (et donc la génétique ) initiale (mise en place de banques de semences)

Une même espèce cultivée peut comporter plusieurs Bilan et généralisation Une même espèce cultivée peut comporter plusieurs variétés qui ont été sélectionnées selon des critères d’intérêts particuliers, toutes ces variétés sont une forme de biodiversité. Les caractères sélectionnés par l’Homme (volontairement ou empiriquement) sur les plantes domestiquées ont amené à des plantes aux caractéristiques génétiques différentes (et parfois défavorables) des plantes sauvages. Comment les scientifiques ont mis en place une sélection des végétaux ? … ou les bases génétiques de la domestication des végétaux…

Naturellement la téosine possède une semence enfermée dans une cupule dure (et de nombreuses ramifications: autre gène Tb1), génétiquement la téosine possède L’allèle Tga1 « normal » Un plan de téosine possédant le gène du maïs « Tga1 » muté a un phénotype modifié: semence à nu et peu de ramifications, autre gène Tb1) Le maïs possède donc le gène muté, cette mutation semble avoir fait disparaître (presque totalement) la cupule protectrice. La mutation a été spontanée et sélectionnée par l’Homme au cours des temps pour son avantage en culture. Origine génétique: La comparaison des allèles Tga1 sauvage et muté montre : À l’échelle du gène: A l’échelle de la protéine: Type de mutation: Conséquences: modifications phénotypiques importantes : Le gène est sans doute un gène du développement ou « architecte ».

II.2 les bases génétiques de la domestication des végétaux A partir de l’exemple du Manioc Q2. p250 avec DOC 2 p.251 Comment obtenir des hybrides et quelles sont les particularités de la variété hybride par rapport à la variété sauvage ? La production de nouvelles variétés de manioc : des hybrides > Grâce aux techniques de selection-hybridation basées sur: Une sélection d’individus (lignées) possédant des caractères agronomiques intéressants (productivité, résistance aux maladies…) Des croissements (hybridations) entre individus, on obtient des hybrides aux caractères sélectionnés, nouveaux et stables (valeur hybride) Il s’agit dont d’une sélection (volontaire ou non) de certains allèles de gènes d’intérêt. Cette sélection fut d’abord empirique (basée sur l’observation et les essais…) puis dirigée.

Garder la « génétique initiale » de l’espèce, en cas de mutation Q3. p250 pourquoi préserver l’espèce sauvage? Garder la   « génétique initiale » de l’espèce, en cas de mutation de l’hybride ou pour d’autres hybridations. L’espèce sauvage est une réserve potentielle de biodiversité, il faut la préserver.

Q4 p.250 amélioration des espèces cultivées et reproduction sexuée? La reproduction sexuée est source de diversité et donc de combinaisons alléliques nouvelles (thème 1) qui peuvent se montrer performantes. Q5 p.250 intérêt d’utiliser la multiplication végétative lors de la phase de multiplication des hybrides ? La multiplication végétative est un mode de reproduction asexuée qui produit des clones normalement identiques (sauf cas de mutations), donc pas de variabilité génétique comme dans la reproduction sexuée. La multiplication végétative permet de conserver les caractères sélectionnés des hybrides sans apporter la variabilité génétique de la reproduction sexuée. Q1 p.252: intérêt des hybrides ? Les individus hybrides (hétérozygotes pour un couple d’allèles A//B ) ont une productivité supérieure aux individus de lignée pure (homozygote A//A ou B//B) Les variétés hybrides combinent les caractères intéressants des lignées parentales : effet hétérosis. NB: on note cependant des limites à l’utilisation des hybrides: instabilité des caractères par exemple.

II.3 Sélection et biotechnologies végétales Depuis quelques années, les progrès techniques et l’avancée des connaissances en génétique et en biologie ont permis l’émergence de biotechnologies au service de l’Homme. Comment modifier et améliorer les plantes cultivées en intervenant sur leur génétique (génie génétique) ? Q1 p.254: la transgénèse (DOC 1 p.254) La transgénèse : transfert d’un gène d’intérêt dans le génome d’une plante. Compte tenu des mécanismes génétiques universels, la plante peut exprimer ce gène. Il y a donc modification directe du génome d’une espèce avec apparition de nouveaux caractères sélectionnés. Exemple du riz produisant du carotène Q2 p.254: intérêt d’avoir du riz doré ? > Prélèvements des gènes crt1 et cly >Introduction des gènes dans le génome du riz sauvage > Développement des plants de riz Produisant le carotène

Autres techniques de sélection scientifique: Culture in vitro La culture in vitro est une technique de laboratoire qui permet de multiplier des plantes en grand nombre, dans un espace réduit La mutagénèse La mutagénèse consiste à modifier le patrimoine génétique d’une plante, par utilisation d’agents physiques ou chimiques (mutagenèse aléatoire), par exposition à des agents sélectifs (herbicide) (mutagenèse par sélection aux champs), ou par utilisation de petits segments d’ADN (mutagenèse dirigée). Les croisements interspécifiques Reproduction sexuée entre deux organismes appartenant à deux espèces différentes en général génétiquement proches. Ce croisement génère un hybride interspécifique.

Limites: risques de transferts de gènes entre OGM cultivées en champ Q6 p.254: avantages et limites des plantes génétiquement modifiées (OGM) Intérêts OGM : meilleure productivité, meilleure résistance aux agents de l’environnement, production d’espèces nouvelles pour répondre à des besoins spécifiques… Ne dépendent pas de la reproduction sexuée (possibilité de transferts de gènes entre espèces différentes). Valoriser un ou des caractères (ceux qui sont transférés)… Adapter vos arguments aux documents… Limites: risques de transferts de gènes entre OGM cultivées en champ et plantes sauvages. Risques d’induire des résistances des espèces OGM ou des espèces sauvages. Fragilité des OGM (capacité d’adaptation réduite). Impact sur la santé. Baisse de biodiversité. Coût élevé. Nécessité de réglementer… Adapter vos arguments aux documents…

Entrainez-vous … Q2 QCM p.260 Q4 p.260 Q5 p.260 Q7 p.262 Q8 p.262 Q9 p.263 Q10 p.263