III/ Produire des plantes par biotechnologie. 1) Les biotechnologies, une façon de dépasser les limites de la sélection.

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1 III/ Produire des plantes par biotechnologie. 1) Les biotechnologies, une façon de dépasser les limites de la sélection. Petite histoire des découvertes en génétiques 2) La transgénèse : produire des OGM a) Exemple de l enrichissement d une espèce en caroténoïdes.

2 Production d un OGM : le riz doré (Sujet Type Bac) La carence* en vitamine A affecte d'après l'organisation Mondiale de la Santé (OMS) entre 100 et 200 millions d'enfants. Cette carence est responsable de graves troubles oculaires, de cécité infantile et du décès de plus d'un million d'enfants chaque année. Or, les tentatives de diversification nutritionnelle ou de suppléments en vitamines atteignent difficilement toutes les personnes concernées. Des chercheurs ont donc travaillé sur l'enrichissement en vitamine A (ou en précurseurs de vitamine A) de certains aliments de base dans certains régimes alimentaires. Ils ont ainsi mis au point un riz transgénique appelé "riz doré". * apport insuffisant voire manque QUESTION : On cherche à comprendre, en exploitant les données présentées dans les documents suivants, comment les chercheurs ont mis au point un riz transgénique et quelles sont les conséquences de cette transgénèse. Cochez la proposition exacte pour chaque question sur la feuille annexe. Document 1 : Particularités du riz doré. Le bêta-carotène qui, une fois assimilé dans le corps humain se transforme en vitamine A, (question 1) existe naturellement dans l enveloppe du riz mais pas dans sa partie comestible c'est-à-dire l albumen. L'enveloppe du riz étant éliminée de manière à améliorer sa conservation, les grains consommés ne contiennent plus de bêta-carotène. Par l'introduction de trois gènes dans du riz, des chercheurs allemands ont réussi à restaurer dans l albumen une voie de biosynthèse du bêta-carotène à partir de son précurseur : le GPP. Le béta carotène alors synthétisé colore les grains en jaune, d'où le surnom de "riz doré". Cependant les teneurs obtenues jusqu'à présent ne fourniraient pas aux populations démunies en vitamine A, les quantités de bétacarotène qui leur seraient nécessaires. Mais, les effets de carences plus ou moins prononcés pourraient être sensiblement allégés (question 3). Le génome du riz doré contient trois gènes codant la synthèse d enzymes impliquées dans la chaine de biosynthèse du béta carotène à partir du GPP à savoir (question 2) : - deux gènes de jonquille qui permettent la fabrication des enzymes 1 et 2 ; - un gène de bactérie qui permet la fabrication de l enzyme 3. La chaine de biosynthèse du béta carotène GPP Produit intermédiaire A Produit intermédiaire B Bêta-Carotène Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3

3 Méthode de Transgénèse : Document 2 : Incertitudes scientifiques autour du riz doré. Le GPP, naturellement présent dans le riz, permet à la cellule de fabriquer un certain nombre de molécules dont la vitamine E, des chlorophylles, et de l acide gibbérellique (substance favorisant la croissance végétale). La fraction du GPP, qui dans le riz doré sera utilisée pour fabriquer du béta carotène, ne sera plus disponible pour la synthèse des autres molécules dont il est également le précurseur. Autrement dit, il est probable que le riz doré, qui fabrique du bêta-carotène, fabrique moins de vitamine E, et que les rendements obtenus avec ce riz transgénique soient nettement diminués (question 4) en raison d une synthèse amoindrie de chlorophylles et d acide gibbérellique. Question 1. Le bêta- carotène contenu notamment dans le riz doré 1. Permet de pallier les carences en GPP 2. Empêche la synthèse de la vitamine E de l'individu qui l'ingère 3. Permet de pallier à 100% les carences en vitamines A 4. Se transforme en vitamine A chez la personne qui ingère le riz doré Question 2. Le riz doré est issu d une transgénèse de 3 gènes codant pour la synthèse 1. De la vitamine A du riz dans le génome d'une bactérie. 2. Des enzymes permettant la production du béta-carotène. 3. De la vitamine A d une jonquille dans le génome du riz. 4. Des enzymes activant la voie de la biosynthèse de la vitamine A. Question 3. La fabrication du riz doré transgénique a été faite pour 1. Pallier les problèmes liés à l utilisation de pesticides 2. Améliorer le rendement des rizicultures pour nourrir certaines populations humaines 3. Diminuer les effets d une carence alimentaire touchant certaines populations humaines 4. Eviter l apport massif d engrais dans les cultures Question 4. D après certains scientifiques, la modification génétique du riz aboutissant à des plants de riz doré pourrait entraîner une production 1. Moindre du fait d un rendement végétal diminué. 2. Acrue de vitamine E par la plante. 3. De plantes plus riches en pigments chlorophylliens. 4. De plantes plus résistantes aux parasites. Pages 268/269 b) La technique. Le génie génétique désigne l'ensemble des techniques permettant d'introduire et de faire exprimer dans un organisme vivant un ou des gènes provenant de n'importe quel autre organisme. Les organismes ainsi obtenus sont dits Organismes Génétiquement Modifiés (OGM). On distingue les techniques de biologie moléculaire qui permettent de préparer les séquences d'adn qui seront introduites, on parle de construction génétique, Et les techniques de transgénèse qui permettent de transférer le gène. Plusieurs découvertes scientifiques ont permis d'aboutir à l'obtention de la première plante transgénique en 1983 (tabac résistant à la mosaïque du tabac (virus). La compréhension des mécanismes responsables de la galle du collet («tumeur» située à la base de la tige), maladie connue depuis l'antiquité, a permis la mise en évidence d'un transfert génétique naturel. Elle est à l'origine des techniques de transformation génétique utilisées aujourd'hui grâce notamment à Agrobactérium tuméfaciens

4 NB : voir le chapitre «transfert horizontal de gènes» Le plasmide (chromosome circulaire des bactéries) d Agrobactérium possèdent 2 gènes provoquant la synthèse - D opines qui attirent les bactéries (amélioration du métabolisme de la bactérie) - D auxines, facteurs de croissance qui favorisent la multiplication des cellules tumeur. Réalisation du «transgène» : utilisation des techniques de biologie moléculaire permettant une construction génétique - Identification, isolement, multiplication, réassociation des gènes sélectionnés (ici G1, GS) - Intégration dans le plasmide ( vecteur) Inoculation : contamination volontaire du sol de culture avec les bactéries modifiées. Récupération des cals transgéniques : «galles» constituées de cellules génétiquement modifiées par le transfert des gènes sélectionnés via le plasmide de la bactérie. Culture des cals transgéniques : les cals placés dans des conditions de culture favorables va pouvoir régénerer une plantule qui possède les caractères recherchés. Plante OGM La transgénèse permet d'apporter des solutions à des problèmes très variés. Ils touchent aussi bien l'agronomie, l'amélioration des qualités alimentaires, la santé, l'industrie ou l'environnement.

5 NB la production des OGM soulève depuis leur apparition des débats passionnés hélas souvent plus fondés sur des opinions que sur des arguments (dans les 2 sens!). Quels que soient nos engagements, nos modes de vie et nos sensibilités, en temps que scientifiques, nous nous devons de rester rigoureux et factuels. Un collectif de scientifiques du CNRS, en réponse au traitement médiatique d une étude qui aurait démontré les effets nefastes d un maïs transgénique, demande que soit enfin menée une étude indépendante, raisonnée et correctement subventionnée sur les risques biologiques liés à l utilisation des OGM Mais le volet économique de ce débat doit aussi être mené, il conduit à s interroger sur le brevetage du vivant, l hégémonie de certains semenciers et la gestion spéculative des enjeux alimentaires de notre planète. IV : Une perte de diversité génétique Les variations de la diversité génétique chez 8 espèces de plantes cultivées à l échelle mondiale - Perte majeure de diversité génétique lors de la domestication - Le remplacement des variétés de pays par les cultivars modernes qui intervient à des époques différentes selon les régions du monde, - La «révolution verte» : période d intensification de l agriculture dans les années 60 (engrais et pesticides de synthèse, mécanisation, irrigation) en association avec l utilisation de variétés sélectionnées pour de hauts rendements dans ces conditions intensives. La perte de biodiversité liée à la sélection puis à l amélioration biotechnologique des plantes a pu provoquer des tragédies humaines. Aujourd hui des plans internationaux visent à retrouver les plantes sauvages à l origine des plantes cultivées, à créer des banques de semences et à favoriser la diversité des cultures. Exemple de la grande famine en Irlande ( ) ou quand un champignon boulverse l histoire du monde, de la guerre d Irlande à J.F.K - 1,5 million d'irlandais décèdent et plus d 1 million émigrent entre 1845 et Principales causes : *monoculture de la pomme de terre associée à un faible choix variétal ; *venue d'europe continentale du mildiou, un champignon appelé Phytophtora infestans, allié à l'humidité du climat, provoqua une forte chute, de l'ordre de 40 %, de la production de pomme de terre en Exemple de la crise du phylloxéra ou quand un puceron pousse les viticulteurs ruinés du sud de la France de l autre côté de la méditerranée, coûte plus cher à la France que la guerre de 1870 la France et remplace nos vignes par des vignes américains. Le Phylloxera est un puceron qui attaque les racines de la vigne. Inconnu en France jusqu'en 1868 il fut responsable après cette date d'épouvantables dégâts sur les vignobles et ramena en quelques années la production française de vin à la moitié ou au tiers de sa valeur annuelle normale. Cet effondrement dura quinze ans. Il détermina une crise économique majeure dans le Midi de la France. Nos voisins italiens et espagnols furent aussi sévèrement touchés. Puls légèrement : «Sauvons les carottes»!!!! :