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    TS2 : Thème 2B - La plante domestiquée

    Vendredi 08 décembre 2017

    Introduction

    Diaporama

    Jeudi 14 décembre 2017

    I – La domestication et la sélection des plantes

            A - De la plante sauvage à la plante cultivée

    Exemple : du téosinte au maïs

    • L'amidon composant l’endosperme 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.
    • 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.
    • A 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.
    • Les grains de Téosinte tombent sur le sol, ils sont mangés mais la cupule résiste aux enzymes digestives, ce qui permet leur dissémination.

    Par rapport au téosinte, le maïs a perdu (mutation aléatoire) certains caractères comme l’égrenage spontané des grains, la coque qui entoure chaque grain... caractères qui jouent un rôle important dans la dissémination de la plante sauvage. En conséquence, sans intervention humaine, le maïs ne pourrait persister. En revanche, ces caractères dérivés du maïs sont très utiles pour son exploitation par l’homme ainsi que d’autres caractères comme le nombre de grains présents dans chaque épi et la grosseur de ces grains.

    BILAN

    „ Génération après génération, les cultivateurs ont sélectionné les plantes (par choix des graines) les mieux adaptées à la culture (meilleur résistance aux maladies, meilleur rendement, récolte plus facile). Elles perdent alors leurs caractères sauvages.

    „ Ce processus de domestication se déroule sur des milliers d’années. L’espèce continue à être modifiée par rapport à l’espèce de départ, mais les choix peuvent être différents d’une région à l’autre. Ce processus porte le nom de sélection variétale.

    Jeudi 21 décembre 2017

    Exemple : Une nouvelle variété de tomate

     

    Exemple d’une sélection généalogique classique après hybridation chez le blé

    Correction

     

    On réalise des pollinisations manuelles :

    • La lignée parentale femelle choisie, le « porte-graine », doit être castrée par ablation des anthères de la fleur (de l’épi dans le cas du blé)
    • Le pollen de la variété mâle choisie est apporté à l’aide d’un pinceau sur le stigmate de la variété femelle.
    • Les graines issues du croisement sont récoltées elles donneront naissance à des plantes F1 : les plantes F1 toutes semblables, réunissent les deux génomes des parents et ne peuvent faire l’objet d’une sélection. Les graines de génération F2 qui seront produites par autofécondation des plants de F1 recombineront de façon diverses les caractères parentaux.
    • C’est dans la génération F2 que la diversité éclatera et c’est dans cette diversité que des phénotypes seront choisis car ils regrouperont les caractères intéressants des parents initiaux.
    • Par autofécondation des générations successives on obtient des plants dans lesquels les phénotypes recherchés sont sélectionnés : l’objectif est d’obtenir des lignées pures (homozygotes pour les caractères recherchés).

    BILAN

    Cette méthode de sélection généalogique (hybridation / autofécondation) permet d’aboutir à une variété de lignée homozygote possédant les caractères recherchés à peu près au bout de 10 ans. Cette méthode a permis de créer les principales variétés de blé commercialisées et reste encore largement employée.

                  C – L’haplodiploïdisation des végétaux : pour aller plus vite !

     

    L'haplodiploïdisation est une méthode utilisée pour fixer plus rapidement le matériel génétique en cours de sélection.

     

    http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-haplodiploidisation-fixation-rapide.html

     

    Principe :

    • Production de plantes mères par croisement deux lignées parentales présentant des caractéristiques intéressantes et complémentaires. Ce croisement produira la génération F1.
    • F1 x F1 " F2 hétérogènes (disjonction des caractères) : sélection des plantes ayant les caractères intéressants (homozygotes ou hétérozygotes)
    • Prélèvement des cellules haploïdes après méiose mais avant fécondation et mise en culture des cellules haploïdes " régénération de plantes haploïdes
    • Retour à la diploïdie (utilisation de colchicine par exemple) par doublement du stock de chromosomes (mitoses bloquées par la colchicine : les cellules restent diploïdes)
    • Acclimatation des plantes diploïdes homozygotes pour les caractères recherchés

    Bilan : raccourcissement du temps d’obtention d’une nouvelle lignée de plante : 1 génération !

    Exemples : technique largement utilisée chez l'asperge, le blé, le colza, l'orge, l'aubergine et le piment. La variété Florin est le premier blé français issu d'haplodiploïdisation inscrit en 1985, 7 ans après le croisement de départ entre les deux parents.

    Vendredi 15 décembre 2017

    DS

    Vendredi 22 décembre 2017

     

    II – Les techniques récentes dans l’amélioration des plantes

               A -  La culture in vitro

    http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-biologie-culture-in-vitro.html

    Principe de la culture in vitro

    Les cultures in vitro végétales sont des cultures d’explants menées sur des milieux synthétiques et stériles dans un environnement contrôlé et dans un espace réduit.

    Objectifs :

    • La multiplication conforme

    On peut reproduire à l'identique un individu et le multiplier en très grand nombre, à partir de cellules ou d'un fragment d'organe. C'est la multiplication conforme. Elle se réalise par exemple à partir de nœuds, de pousses axillaires et s'apparente au bouturage des jardiniers. Mis en culture, ces tissus se développent et donnent une plante entière, identique à la plante de départ.

    • La culture de méristèmes

    Les méristèmes sont formés de cellules non différenciées, à l'origine de tous les tissus de la plante. Leur culture permet d'obtenir une plante identique à la plante initiale. L'intérêt des méristèmes réside dans le fait que ce sont des structures indemnes de virus. Leur culture donne des plantes saines.

    • Le sauvetage d'embryons

    Les embryons obtenus après la fécondation peuvent être prélevés, mis en culture in vitro et donner un nouvel individu. Le sauvetage d'embryons consiste à prélever un embryon précocement, pour le cultiver in vitro, soit pour accélérer les cycles végétatifs, soit parce qu'il ne pourrait pas se développer dans les tissus maternels, par exemple lorsqu'il résulte d'un croisement interspécifique.

    • L'haplodiploïdisation

    La mise en culture des organes reproducteurs consiste à faire se développer des individus à partir des cellules reproductrices ou gamètes. Ces cellules contiennent une copie de l'information génétique qui est normalement présente dans une cellule sous forme de deux copies, les deux chromosomes homologues. Au cours de la régénération, on peut réussir à doubler à l'identique cette copie.
    Les individus obtenus sont des lignées pures, car ils ont la même information sur les deux chromosomes, ils sont homozygotes.

    • L'obtention de protoplastes

    Les protoplastes sont des cellules débarrassées de la paroi pectocellulosique. Ils peuvent être obtenus à partir d'explants divers, c'est-à-dire de fragments prélevés sur les tissus d'une plante, de préférence des limbes de jeunes feuilles.
     
    La fusion de protoplastes permet de créer de nouvelles variétés, d'introduire des caractères à hérédité cytoplasmique, et permet la transformation génétique par électroporation.
     
    L'ensemble de ces techniques permet de régénérer des plantes entières. On peut parfois observer la formation d'un amas cellulaire, le cal. Ensuite une différenciation des tissus sera induite, et des phénomènes d'embryogenèse et d'organogenèse permettent d'obtenir une plantule.

                   B -  La transgénèse

    http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-transgenese-genetique.html

    Objectifs de la transgénèse :

    • Introduire un nouveau caractère.
    • Inactiver un caractère.

    „ Le principe de la transgénèse : fabrication d’organisme génétiquement modifié

    Etape 1 : Préparer le gène d’intérêt

    • Identifier un gène d’intérêt.
    • Préparer le transfert du gène d’intérêt en l’introduisant dans un plasmide de la bactérie Agrobacterium tumefaciens.
    • Multiplication de la bactérie possédant le plasmide porteur du gène d’intérêt.

    Etape 2 : Transférer le gène d’intérêt vers les cellules de la plante cible

    • Par infection bactérienne des cellules de la plante cible.
    • Par bombardement des cellules de la plante cible à l’aide de microparticule enrobées de l’ADN plasmidien.

    Etape 3 : Sélectionner les cellules transformées et régénérer des plantes entières

    • Utilisation d’un milieu de multiplication cellulaire contenant un agent sélectif afin de repérer les cellules possédant le transgène.
    • Régénérer les plantes entières à partir des cals transgéniques (ensembles de cellules toutes identiques).

    Etape 4 : Evaluer les plantes transformées

    L’amélioration des plantes par transgénèse fait appel aux techniques du génie génétique.

    „ Objectifs de la transgénèse

    Les techniques du génie génétique sont actuellement utilisées dans le but de produire de nouvelles variétés de plantes cultivées.

    Document : Exemples divers

    Conclusion

    Dès le début du XXe siècle, on a pris conscience que certaines plantes sauvages étaient en voie de disparition. Cette diminution de la biodiversité est notamment due à l'urbanisation et à la destruction du milieu naturel ainsi qu'à l'évolution de l'agriculture qui écarte les variétés sauvages au profit de nouvelles variétés sélectionnées car plus performantes.

    Si les variétés traditionnelles constituent l'outil principal du travail du sélectionneur, le résultat de sa sélection est à l'origine de la disparition de la culture en champ de ces variétés anciennes.

    Afin de lutter contre cette perte de biodiversité, des conservatoires sont mis en place mais ils ne concernent qu'une quantité restreinte d'espèces considérées comme essentielles pour la sécurité alimentaire. Ainsi, des espèces apparaissant sans intérêt à l'heure actuelle, car peu productives, n'en font pas partie. Or leur patrimoine génétique pourrait contenir des gènes s'avérant essentiels demain pour permettre, par exemple, la résistance à une nouvelle maladie ou l'élaboration d'un nouveau médicament.

    Ainsi certaines variétés de pommiers, cultivées autrefois, sont aujourd'hui menacées. Celles-ci présentaient l'avantage de donner des fruits susceptibles de se conserver jusqu'à la fin de l'hiver mais qui n'ont pas autant de saveur que les pommes d'exportation présentes sur les étalages.

     

    Il n'existe pas d'espèces cultivées qui n'aient été modifiées par l'Homme dès sa domestication. De ce fait la grande majorité des plantes cultivées sont dépendantes de celui-ci pour leur survie et leur multiplication. La sélection permanente de plantes plus faciles à cultiver se poursuit aujourd'hui avec de nouveaux objectifs comme par exemple celui de la réduction des besoins en intrants.

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