Épreuve écrite de SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

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1 Banque Agro Veto. Session 2012 Rapport sur les concours A TB Épreuve écrite de SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE Concours Nb cand. Moyenne Ecart type TB ENSA- ENITA Note la plus basse Note la plus haute 90 11,9 3, TB ENV 59 12,34 3, TB ARCH BIO 80 11,94 3, L'épreuve consistait à étudier l'adaptation des Angiospermes à des conditions de vie difficiles. Dans une première partie, les candidats devaient montrer, à l'aide de leurs connaissances, comment les Angiospermes herbacées peuvent supporter le passage de l'hiver et assurer ainsi la pérennité de l'espèce. Un exposé structuré, avec un plan apparent, une courte introduction et une courte conclusion était attendu. Dans une seconde partie, une analyse de documents, structurée en trois thèmes, était demandée. À la fin de chaque thème, une courte conclusion, s'appuyant sur un schéma bilan était attendue. Répartition des notes Les notes s'étalent de 4 à 20. L'épreuve a mis en évidence des candidats qui présentaient des difficultés dans l'élaboration d'un travail de synthèse ou dans l'analyse de documents (notes en deçà de 9). D'autres candidats ont présenté une maîtrise souvent pas assez solide de l'analyse de documents et une maîtrise variable de l'exercice de synthèse (notes entre 9 et 12). Enfin, les candidats ayant une note supérieure à 12/20 ont globalement compris l'ensemble du sujet. Ils ont montré qu'ils maîtrisaient les deux types d'exercices, même si les deux parties ou les différents thèmes de la seconde partie ont été traités de façon inégale selon les candidats. Première partie : Forme : L'introduction, brève, doit définir les termes du sujet (Angiospermes, herbacées, hiver, espèce, pérennité), présenter la problématique et annoncer le plan. La conclusion doit résumer les grandes idées et ouvrir le problème. Le plan, apparent, traduit de façon concise le cheminement de l'exposé. Titres, paragraphes et schémas permettent de construire un exposé répondant à la problématique posée et de faire ressortir clairement l'argumentation. Un réel effort a été fourni par les candidats sur la définition des termes, et peu de copies ont présenté de hors-sujet important. Quelques candidats ont rappelé brièvement les limites du

2 sujet (Gymnospermes, plantes ligneuses) en introduction. Une telle démarche est encouragée car elle permet notamment aux candidats de mieux cibler leur argumentation et d'éviter quelques paragraphes hors-sujet. Des progrès notables dans la formulation des titres et dans la précision du vocabulaire ont été observés. Enfin, plusieurs candidats ont montré des difficultés à équilibrer leur argumentation sur l'ensemble de leur exposé. Le jury conseille aux candidats de traiter l'ensemble du sujet de manière équilibrée. Éléments de correction : En région tempérée, la survie des espèces d'angiospermes herbacées à l'hiver est permise par des modifications affectant les organismes, des organes aux cellules, ou par la mise en place de structures spécialisées. La perte des organes aériens, la protection des organes de résistance, les mécanismes cellulaires et moléculaires limitant le gel permettent aux Angiospermes herbacées de supporter l'hiver. Les organes et molécules de réserve, le métabolisme ralenti des organismes assurent la pérennité de l'espèce. Les modifications affectant les organismes sont synchronisées avec les saisons : la mise en réserve est contrôlée, la sortie de la vie ralentie l'est également. Seconde partie : Forme : Si les documents sont souvent décrits, les interprétations sont assez souvent absentes ou imprécises. Le jury rappelle que toute observation doit être interprétée. La formulation d'hypothèses, le lien avec les autres documents ne peuvent qu aider les candidats à comprendre la progression d'ensemble de chaque thème. Les bilans en fin de chaque thème ont permis à nombre de candidats de faire valoir une bonne compréhension du problème alors que leurs analyses, documents après documents, étaient parfois incomplètes. Éléments de correction : Thème 1 : les mécanismes de la photosynthèse des plantes CAM Document 1.1 : Observation : la PEPc est présente chez les plantes CAM dans le cytosol. Interprétation : il y a donc possibilité de photosynthèse en C4 comme pour les plantes en C4. Document 1.2.A : Observation : pour l'espèce à métabolisme en C3, il y a absorption de CO 2 le jour et rejet la nuit. Interprétation : le jour, les enzymes du cycle de Calvin sont actives, et la RuBisCO fixe plus de CO 2 que la respiration n'en libère ; la nuit, il y a uniquement respiration de la plante. Observation : pour l'espèce à métabolisme CAM, il y a absorption de CO 2 la nuit, et quasi compensation entre absorption et rejet le jour. Interprétation : la fixation du CO 2 a donc lieu la nuit, soit par la RuBisCO, soit par la PEPc. L'absence d'échanges gazeux traduit une adaptation au milieu aride (limitation de l'évapotranspiration). Document 1.2.B : Observation : chez les plantes CAM étudiées, l'activité de la PEPc est plus importante la nuit que le jour. C'est l'inverse pour l'activité de la RuBisCO. Interprétation : d'après les documents 1 et 2, on peut donc conclure que le CO 2 est fixé la nuit par la PEPc située dans le cytosol (hypothèse : photosynthèse en C4), qu'un intermédiaire moléculaire est

3 exporté dans le chloroplaste où le CO 2 est libéré et fixé, le jour, par la RuBisCO sur une molécule à 3 carbones (photosynthèse en C3). Il y a donc découplage temporel (et non spatial comme les plantes en C4) des carboxylations en C4 et en C3. Document 1.3 : Observation : la quantité de malate augmente la nuit et diminue le jour. Interprétation : il y a donc synthèse de malate la nuit et utilisation le jour. La nuit, la PEPc fixe donc le CO 2 et permet la synthèse du malate, utilisé le jour et fournissant le CO 2 à la RuBisCO. Bilan 1 : La nuit, les stomates des plantes CAM sont ouverts, la RUBisCO est inactive et la PEPc située dans le cytosol fixe le carbone, permettant ainsi la synthèse du malate. Le jour, la PEPc devient moins active et la RuBisCO active fixe, dans le chloroplaste et au cours du cycle de Calvin, le CO 2 libéré par la molécule à 4 carbones. Cette étape, réalisée stomates fermés et utilisant l'énergie lumineuse, permet de limiter l'évapotranspiration. Thème 2 : adaptations morphologiques, anatomiques et physiologiques des plantes à métabolisme CAM Document 2.1 : La plante CAM présente des feuilles épaisses et une surface foliaire réduite (A), ce qui diminue l'évapotranspiration. La coupe transversale de l'une de ses feuilles montre une cuticule épaisse (B+C) ce qui permet de limiter les pertes d'eau. Elle présente deux types de parenchymes (B+D) : l'un est périphérique, à petites cellules photosynthétiques, l'autre est central à grandes cellules riches en mucilage (parenchyme aquifère) ayant donc un rôle dans le stockage de l'eau. La feuille de cette plante a donc un rôle permettant de stocker l'eau et de limiter sa perte (adaptation à des conditions arides). Document 2.2 : Observation : les plantes CAM ont globalement des feuilles et un mésophylle plus épais, des cellules du mésophylle plus grandes que les plantes en C3. Interprétation : la présence de telles structures favorise vraisemblablement la formation d'un parenchyme aquifère développé et donc le stockage important d'eau. Document 2.3 : Observation : le mésophylle de plantes CAM comporte un mucilage occupant presque tout l'espace intrafoliaire et présente un potentiel hydrique plus négatif que les plantes en C3. Interprétation : l'eau diffuse par osmose vers le mésophylle de faible potentiel hydrique et est ainsi stockée dans le parenchyme aquifère riche en mucilage. Document 2.4 : Observation : le pôle à degré de succulence le plus faible a un métabolisme de type C3 et le pôle à degré de succulence le plus fort a un métabolisme de type CAM. Interprétation : il semble qu'il y a une corrélation entre le degré de succulence et le type de métabolisme. Le métabolisme CAM et un degré de succulence élevé traduisent tous deux une adaptation au milieu aride (limitation de l'évapotranspiration et stockage d'eau). Document 2.5 : Observation : suite à la baisse des précipitations, le potentiel hydrique du sol diminue et le degré de fermeture des stomates augmente. Interprétation : on peut donc penser que la baisse du potentiel hydrique du sol (dû ici à la baisse des précipitations, donc à une augmentation de l'aridité du milieu) entraîne la fermeture des stomates et limite ainsi les pertes en eau de la plante.

4 Bilan 2 : L'adaptation des plantes CAM à l'aridité se traduit par des adaptations au niveau de la feuille et de ses tissus (feuille épaisse, parenchyme aquifère développé, cuticule épaisse), au niveau des stomates (ouverture contrôlée par l'aridité du milieu), au niveau moléculaire (métabolisme CAM). Ces adaptations permettent de limiter les pertes d'eau et d'assurer son stockage. Thème 3 : induction du métabolisme CAM chez Mesembryanthemum crystallynum au cours d'un stress hydrique Document 3.1 : Observation : pour toutes les conditions d'expérience, le témoin de charge (Fnr1) présente une quantité constante d'adnc du gène Fnr1. La quantité d'adnc de Fnr1 est la même que celle observée pour le gène PEPc dans des extraits de feuilles mis en présence d'eau de 0 à 9h ou des conditions d'aridité à 0h. Par contre, la quantité d'adnc augmente dès 3h dans des conditions d'aridité (milieu déshydraté ou salé). Interprétation : on peut donc supposer que l'absence d'eau ou la présence de NaCl du milieu active l'expression du gène PEPc. L'aridité entraînerait donc le passage d'un métabolisme en C3 à un métabolisme CAM. Document 3.2 : Observation dans le cas d'une première incubation dans de l'eau sans inhibiteur : en présence de NaCl lors de la deuxième incubation, la quantité d'adnc de la PEPc est plus importante qu'en présence d'eau seule. Interprétation : ceci confirme l'hypothèse d'activation de l'expression de la PEPc par un stress hydrique. Observation dans le cas d'une première incubation dans de l'eau avec inhibiteur de protéines kinases calcium/calmoduline dépendantes : en présence ou non de NaCl lors de la deuxième incubation, la quantité d'adnc de la PEPc reste faible. Interprétation : on peut donc supposer que l'activation de l'expression du gène PEPc met en jeu des protéines kinases calcium/calmoduline dépendantes. Document 3.3 : Observation : suite à un stress salin, la quantité de cytosine méthylées dans la région entourant le promoteur du gène de la PEPc augmente. Interprétation : l'activation de la transcription de la PEPc met donc en jeu la méthylation des cytosines situées à proximité du promoteur. Document 3.4 : Observation : la représentation de Lineweaver et Burk permet de comparer l'activité de la PEPc par l'étude de la constante de Michaelis et de la vitesse initiale maximale. Un stress hydrique ne modifie pas la vitesse intiale maximale mais modifie la constante de Michaelis. Cette constante est plus faible (1/5) en cas de stress hydrique (contrôle = 1/4). Interprétation : le stress hydrique entraîne donc une augmentation de l'affinité de la PEPc pour son substrat. Bilan 3 : L'aridité du milieu active donc la transcription du gène de la PEPc : un stress hydrique entraînerait une augmentation de la concentration intracellulaire en calcium, qui activerait les protéines kinases calcium/calmoduline dépendantes. Ces protéines activeraient la transcription du gène de la PEPc en méthylant les cytosines situées autour de son promoteur. L'aridité a également un effet post-traductionnel : un stress hydrique augmente l'activité enzymatique de la PEPc. L'aridité exerce donc un contrôle au niveau transciptionnel et post-traductionnel.

5 Conclusion Les deux parties du sujet ont été abordées par l'ensemble des candidats (à quelques rares exceptions pour la première partie). Dans la première partie, la majorité des candidats est arrivée à dégager les grandes idées permettant de répondre au problème. Cette partie a permis de discerner les candidats présentant une argumentation structurée et équilibrée et ceux présentant une argumentation plus confuse et/ou déséquilibrée. Dans la seconde partie, la majeure partie des documents a été abordée par les candidats (seul le dernier document a rarement été abordé). Cette partie a permis de distinguer les candidats présentant des difficultés dans la description des documents et/ou dans leur interprétation de ceux plus à l'aise dans l'analyse des documents. Correctrice : Mme GOUDARD