SUJET 1. Les mécanismes de défenses chez les végétaux

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1 SUJET 1 Les mécanismes de défenses chez les végétaux L intégrité d un organisme lui impose d être capable de se défendre face aux multiples agresseurs auxquels il sera confronté au cours de son existence. On cherche à montrer comment les végétaux peuvent se défendre face à leurs agresseurs. A partir de l étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions de QCM et remettre la feuille-réponse annexe avec la copie. Document 1 : les éliciteurs Les végétaux sont confrontés à des micro-organismes pathogènes tels que des virus, des bactéries ou encore des champignons. Pourtant, les plantes résistent efficacement à leurs agresseurs et développent assez rarement des symptômes sévères de maladies. Il existe des molécules, appelées éliciteurs, qui induisent une résistance active des plantes face à leurs agresseurs. Ces substances servant de signal sont actives à faibles doses. Ces molécules sont capables de sensibiliser le système défensif des plantes puis d engendrer une résistance. On en distingue plusieurs catégories : les éliciteurs «exogènes», qui proviennent directement de l agresseur, telles des molécules présentes à la surface des micro-organismes pathogènes ou excrétées par ces derniers Les éliciteurs «endogènes» sont produits par la plante elle-même par dégradation de la paroi de ses propres cellules, au niveau des lésions, pour engendrer, par exemple, des réactions de défense et cicatrisation. Document 2 : les principaux mécanismes de défense des plantes - des défenses passives : les barrières mécaniques (paroi, cuticule ) - des défenses actives en 3 étapes (voir le schéma ci-dessous) : Etape 1- Reconnaissance des éliciteurs ; Etape 2- Production de molécules circulantes (oligosaccharides, acide jasmonique, éthylène, acide salicylique) ; Etape 3- Réaction de défense (Les phytoalexines sont des antibiotiques végétaux, les protéines PR PathogenesisRelated sont des protéines de défense ayant la propriété de résister à l activité de protéases issues de la plante ou du pathogène et qui peuvent attaquer l agresseur).

2 A partir de l étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions de QCM pour montrer comment les végétaux peuvent se défendre face à leurs agresseurs. 1- Un éliciteur est une molécule : qui stimule toujours la croissance du végétal toujours produite par le végétal agressé toujours produite par l agent agresseur qui induit toujours des réactions de défense chez le végétal agressé 2- Les mécanismes de défense des végétaux face aux agents pathogènes : sont systématiquement passifs font intervenir une cascade de signaux moléculaires font intervenir exclusivement des éliciteurs se déclenchent uniquement après intervention des éliciteurs endogènes 3- L acide jasmonique est : une cellule de l immunité végétale un médiateur chimique végétal un antibiotique végétal une molécule végétale neutralisant l agresseur 4- La réaction de défense du végétal se manifeste : uniquement par la libération de molécules toxiques pour le pathogène uniquement par un épaississement de la paroi des cellules par la production de molécules répulsives pour le pathogène par des réactions de protections mécaniques et chimiques

3 SUJET 2 La plante de l espèce Gorteria diffusa possède des inflorescences présentant une grande variété d ornementation selon les individus. On étudie deux variétés, la forme «okiep» et la forme «spring». Chez cette espèce la reproduction se fait par pollinisation croisée (le pollen d une inflorescence doit se déposer sur une autre inflorescence). À partir de la seule exploitation des documents, expliquer comment la variété «spring» a une plus grande efficacité de reproduction que la variété «okiep». Document 1 : Les inflorescences des deux variétés de Gorteria diffusa. Document 2 : Visite des fleurs par les insectes de l espèce Megapalpus capensis. Document 2a : Insecte mâle de l espèce Megapalpus capensis visitant une fleur de la variété «spring». D après Allan G. Ellis et Steven D. Johnson, 2010

4 Document 2b : Type de visites des inflorescences par les mâles ou femelles de l insecte Megapalpus capensis. D après Allan G. Ellis et Steven D. Johnson, 2010 Document 3 : Nombre d inflorescences recevant du pollen exporté d une autre inflorescence par les mâles ou femelles de Megapalpus capensis. D après Allan G. Ellis et Steven D. Johnson, 2010

5 SUJET 3 La pollinisation du baobab repose sur la collaboration entre un animal et une plante. On cherche à identifier le pollinisateur. A partir de l étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de proposition du QCM. La feuille annexe complétée sera à rendre avec la copie. Document 1 : quelques caractéristiques de la fleur de baobab Modifié d après H. Baillon (extrait de Les fleurs commencent à s'ouvrir le soir et émettent un parfum nauséabond. Le lendemain matin, on retrouve la plupart d entre elles détruites. Pétales et sépales parsèment le sol et présentent de nombreuses lacérations. La couronne d étamines et le pistil sont pratiquement intacts et restent fixés à la branche. Les quelques fleurs intactes ne sont pas pollinisées.

6 Document 2 : tableau de quelques caractéristiques des pollinisateurs Animaux Oiseau Chauve-souris Hyménoptère Insectes Lépidoptère Diptère Période d'activité diurne nocturne diurne diurne nocturne nocturne et diurne Quelques caractéristiques des pollinisateurs Déroulement de la pollinisation Les oiseaux repèrent les fleurs de couleur rouge. Lorsque leur bec plonge au fond du tube afin d y puiser le nectar, leur tête se frotte aux étamines et le pollen adhère à leurs plumes. L animal repère les grandes fleurs, blanches et nauséabondes. Il lèche le nectar tout en se recouvrant le museau de pollen. Les hyménoptères repèrent des fleurs présentant des couleurs bleue, jaune et ultraviolette. Ces insectes sont à la recherche d un nectar sucré. Ils se recouvrent de pollen en se frottant aux étamines. Ces lépidoptères repèrent des fleurs présentant des couleurs bleues, jaunes et ultraviolettes. Ces insectes sont à la recherche d un nectar fluide. Ils se recouvrent de pollen en se frottant aux étamines. Ces lépidoptères sont attirés par des fleurs émettant de fortes odeurs agréables. Ces insectes sont à la recherche d un nectar fluide. Ils se recouvrent de pollens en se frottant aux étamines. Les diptères sont attirés par de petites fleurs colorées, émettant de fortes odeurs nauséabondes. Ces insectes sont à la recherche d un nectar sucré. Ils se recouvrent de pollen en se frottant aux étamines. Diurne = durant la journée ; nocturne = durant la nuit Extraits modifiés de Nabors, M (2004) ; Dibos, C (2010) QCM : à partir des informations tirées des documents, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions. 1- On peut déduire que la fleur du baobab est pollinisée par un animal qui : est actif la nuit et repère une fleur colorée à floraison diurne. est actif la nuit et repère une fleur blanche à floraison nocturne. est actif le jour et repère une fleur colorée à floraison diurne. est actif le jour et repère une fleur blanche à floraison nocturne. 2- On observe que les fleurs pollinisées sont détruites. On peut donc en déduire que : le pollinisateur est de grande taille et attiré par une odeur agréable des fleurs. le pollinisateur est de petite taille et attiré par une odeur agréable des fleurs. le pollinisateur est de grande taille et attiré par une odeur nauséabonde des fleurs. le pollinisateur est de petite taille et attiré par une odeur nauséabonde des fleurs 3- Les caractéristiques de la fleur de baobab permettent de déduire que la pollinisateur est : un oiseau un hyménoptère un lépidoptère diurne une chauve-souris

7 SUJET 4 L arabette des dames (Arabidopsis thaliana) est une des plantes les plus étudiées pour comprendre le contrôle génétique du développement d une fleur. On cherche à exploiter la formation de plantes mutantes qui présentent une organisation florale anormale. À partir des informations extraites des documents, expliquer l organisation florale particulière des mutants «pistillata». Document 1 : Organisation florale d une plante normale et d un mutant à fleur dite «pistillata» Fleur normale Fleur du mutant «pistillata» Diagramme florale correspondant Diagramme floral correspondant V1 : verticille 1 : 4 sépales V2 : verticille 2 : 4 pétales V3 : verticille 3 : 6 étamines V4 : verticille 4 : 2 carpelles soudés formant le pistil Les pièces florales sont représentées avec le même symbolisme dans les deux diagrammes. Verticille : ensemble de pièces florales insérées au même niveau sur l axe de la fleur. D après et

8 Document 2 : Contrôle génétique de la mise en place des pièces florales Le développement des pièces florales est sous le contrôle de 3 catégories de gènes de développement (appelés gènes du groupe ABC) dont voici le modèle de fonctionnement Document 3 : Nombre de différences entre les séquences des gènes du groupe A, B, C chez une plante à fleur normale et chez une plante à fleur mutée «pistillata» Gènes Nombre de différences Du groupe A 0 Du groupe B 1 Du groupe C 0

9 SUJET 5 La famille des palmiers regroupe près de 3000 espèces différentes. D origine tropicale, certaines espèces ont connu au cours de leur histoire une grande extension géographique alors que d autres sont limitées dans des milieux restreints. À partir de l étude des documents, identifier les facteurs qui peuvent expliquer les différences de répartition actuelle des deux espèces de palmier étudiées. Une réponse argumentée est attendue. Document 1 : Répartition géographiques des deux espèces étudiées Le cocotier de mer Le cocotier de mer, Lodoiceas maldivaca, est une espèce de palmier que l on ne trouve que dans la région des Seychelles, principalement sur l île Praslin. D après Le cocotier Le cocotier, Cocos nucifera, connaît une très vaste répartition géographique actuelle. La comparaison de marqueurs génétiques des différentes populations a permis de reconstituer l histoire de la dissémination de cette plante dans le monde. On a pu déterminer l existence de deux populations ancestrales, l une en Inde et au Sri Lanka, l autre en Asie du Sud-est. Ces populations ont connu une grande dissémination naturelle bien avant la domestication du cocotier. Les navigateurs polynésiens, malais et arabes jouèrent ensuite un rôle important dans la dispersion de ce cocotier dans le Pacifique, en Asie et en Afrique de l Est. Puis, au XVI e siècle, il fut introduit par les explorateurs européens en Afrique de l Ouest, aux Caraïbes et sur la côte atlantique de l Amérique tropicale. D après Dissémination et domestication du cocotier à la lumière des marqueurs RFLP CIRAD 1998

10 Document 2 : Comparaison des fruits des deux espèces végétales Espèce La graine Caractéristiques du fruit Utilisations possibles du fruit Cocotier de mer (Lodoicea maldivica) Très lourd, il peut peser jusqu à 20kg. Peut contenir 1 à 3 graines bilobées. Ne peut flotter que lorsqu il est desséché et donc stérile. Atteint sa maturité après plusieurs années Peu consommé par les populations humaines car la graine est dure à couper et donc de qualité gustative médiocre. Cocotier (Cocos nucifera) Le fruit du cocotier contient une seule graine, la noix de coco. La graine est entourée d une enveloppe fibreuse, la bourre, qui permet au fruit de flotter en mer sur de longues distances. Le fruit est recouvert d un épiderme épais et imperméable qui le protège durant son transport. Atteint sa maturité en 1 an. La graine est comestible et particulièrement appréciée par les populations humaines. La bourre, constituée de fibres rigides, est utilisée pour la production de cordages, de tissus grossiers, de filets D après et

11 SUJET 6 À l aide de l exploitation des documents proposés, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM et rendre la fiche-réponse avec la copie. Document 1 : Photographie d une rosette d Arabidopsis thaliana. Document 2 : Mesures de la transpiration foliaire en réponse à des conditions d humidité variables. D après Pantin et al., 2013, Current Biology

12 QCM : À partir de la lecture des documents, cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions 1 La transpiration des feuilles de stade 1 d Arabidopsis thaliana : est supérieure à celle des feuilles de stade 3 et indépendante des conditions d humidité de l air, est inférieure à celle des feuilles de stade 3 et indépendante des conditions d humidité de l air, est supérieure à celle des feuilles de stade 3 et dépend des conditions d humidité de l air, est inférieure à celle des feuilles de stade 3 et dépend des conditions d humidité de l air. 2 L acide abscissique : diminue la transpiration foliaire d autant plus fortement que l air est sec, diminue la transpiration foliaire d autant plus fortement que l air est humide, augmente la transpiration foliaire d autant plus fortement que l air est sec, augmente la transpiration foliaire d autant plus fortement que l air est humide. 3 En se développant, les feuilles d Arabidopsis thaliana : sont soumises à un air plus sec et deviennent plus sensibles à l acide abscissique, réduisant ainsi leur transpiration foliaire, sont soumises à un air plus sec et deviennent plus sensibles à l acide abscissique, augmentant ainsi leur transpiration foliaire, sont soumises à un air plus sec et deviennent moins sensibles à l acide abscissique, augmentant ainsi leur transpiration foliaire, sont soumises à un air moins sec et deviennent moins sensibles à l acide abscissique, réduisant ainsi leur transpiration foliaire.