AGRÉGATION DE SCIENCES DE LA VIE - SCIENCES DE LA TERRE ET DE L UNIVERS

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1 AGRÉGATION DE SCIENCES DE LA VIE - SCIENCES DE LA TERRE ET DE L UNIVERS CONCOURS EXTERNE ÉPREUVES D ADMISSION session 2008 TRAVAUX PRATIQUES DE CONTRE-OPTION DU SECTEUR B CANDIDATS DES SECTEURS A ET C Durée totale : 2 heures Quelques aspects de la pollinisation des fleurs par les animaux Ce sujet comporte quatre parties indépendantes les unes des autres : Partie I : pages 2 et 3 o Durée conseillée : 30 min 5 points Partie II : pages 4 et 5 o Durée conseillée : 30 min 5 points Partie III : pages 6 à 15 o Durée conseillée : 50 min 8 points Partie IV : page 16 o Durée obligatoire : 10 min 2 points Répondre directement sur les feuilles du sujet dans les espaces prévus à cet effet Rendre la totalité des feuilles (y compris la page 1 de présentation) AVANT DE RENDRE VOS COPIES, PRIERE DE VERIFIER QUE VOUS AVEZ BIEN INDIQUE VOS NOM, PRENOM ET NUMERO DE SALLE EN TÊTE DE CHAQUE FEUILLE TP_b 1/16

2 Partie I Structure d une fleur à pollinisation entomophile, le Muflier (Antirrhinum majus) A- Dissection florale Question I-A : Réalisez, sur une feuille de papier blanche, une dissection florale de la fleur de Muflier. Présentez cette dissection de façon à montrer, sans légende, l organisation de la fleur et des différentes pièces florales. Vous disposez de plusieurs fleurs. B- Étude de l ovaire du Muflier Question I-B : Réalisez une coupe transversale de l ovaire de la fleur de Muflier. Réalisez un dessin d observation annoté de votre coupe (cadre I-B). C- Diagramme floral et formule florale Question I-C-1 : Réalisez le diagramme floral de la fleur de Muflier (cadre I-C-1). Question I-C-2 : Ecrivez la formule florale de la fleur de Muflier (cadre I-C-2). Appelez un examinateur pour évaluer en même temps votre dissection florale, votre coupe d ovaire et l adéquation de ces préparations avec vos dessins. Réponse(s) à la question I-B TP_b 2/16

3 Réponse(s) à la question I-C-1 Réponse(s) à la question I-C-2 TP_b 3/16

4 Partie II Étude d un insecte pollinisateur, l Abeille domestique (Apis mellifera) A - Étude des pièces buccales de l Abeille domestique Question II-A : Réalisez une dissection des pièces buccales de l Abeille domestique. Faites un dessin d observation légendé de votre dissection (cadre II-A). Les différentes parties de chaque appendice seront annotées. Leurs fonctions dans la collecte de la nourriture seront précisées. Appelez un examinateur pour évaluer votre dissection et son adéquation avec votre dessin. Réponse(s) à la question II-A TP_b 4/16

5 B - Étude d une patte postérieure de l Abeille domestique Question II-B : Prélevez une patte postérieure d Abeille domestique (P3). Représentez les structures de cette patte impliquées dans la collecte et le transport du pollen (cadre II-B). Les différentes parties de cette patte seront annotées, leurs fonctions seront précisées. Réponse(s) à la question II-B TP_b 5/16

6 Partie III Étude de l isolement reproductif de deux espèces de Mimulus D après Ramsey et al. (2003), Schemske et Bradshaw (1999) Mimulus lewisii et Mimulus cardinalis sont deux espèces appartenant à la famille des Phymaceae et répandues dans l ouest de l Amérique du Nord. Mimulus lewisii est surtout trouvée dans des zones d altitude moyenne à élevée des Rocheuses. Mimulus cardinalis est surtout trouvée dans des zones d altitude faible à moyenne. Ces deux espèces se côtoient dans la Sierra Nevada. Le tableau ci-dessous présente quelques caractéristiques de ces deux espèces. Mimulus lewisii Mimulus cardinalis Altitude moyenne de l habitat 2264 m 1140 m Altitude min -altitude max de 915 à 3201 m de 11 à 2744 m Couleur des fleurs rose rouge Longueur moyenne du pistil 25 mm 48 mm Forme de la corolle large étroite Quantité moyenne de nectar Pollinisateurs 25 μl 75 μl bourdons colibris TP_b 6/16

7 Arbre phylogénétique de la famille des Phymaceae Mimulus whitneyi Mimulus brevipes Mimulus aurantiacus Mimulus clevelandiis Mimulus douglasii Mimulus pulchellus Hemuchaena fruiticosa Berendtiella rugosa Mimulus nepalensis Mimulus floribundus Mimulus guttatus Mimulus tilingii Mimulus depressus Mimulus bicolor Mimulus cardinalis Mimulus lewisii Leucocarpus Phryma leptostachya leptostachya Phryma leptostachya asiatica Mimulus gracilis Mimulus ringens Mimulus uvedaliae Glossostigma Peplidium Lancea tibetica Mazus reptans Paulownia tomentosa TP_b 7/16

8 A Comparaison de la reproduction dans l habitat naturel et en serre Dans la zone où Mimulus lewisii et Mimulus cardinalis coexistent, en Sierra Nevada, aucune plante hybride n a été trouvée malgré d intenses recherches. Par contre, en serre, on peut obtenir des hydrides interfertiles en déposant artificiellement du pollen d une espèce sur le pistil de l autre espèce. Question III-A : À l aide de l arbre phylogénétique page 7 et des caractéristiques des fleurs des deux espèces de Mimulus présentées page 6, formulez (cadre III-A) des hypothèses pour rendre compte de ces résultats. Réponse(s) à la question III-A TP_b 8/16

9 B- Résultats de pollinisations artificielles en serre Afin de proposer des explications à l isolement reproductif observé chez ces deux espèces, des études sont menées à partir de plantes cultivées en serre. Les étamines sont enlevées avant leur maturité sur un lot de M. lewisii et sur un lot de M. cardinalis : on forme des fleurs «féminisées». Pour chaque espèce, on dépose sur le pistil d une fleur féminisée, le même nombre de grains de pollen (5 à 10 fois plus important que le nombre d ovules). Chaque lot de grains de pollen est constitué : - soit de 100% de pollen intraspécifique (pollen de la même espèce que le pistil), - soit de 100% de pollen interspécifique (pollen de l autre espèce), - soit d un mélange : 3 :1 (75% de pollen intraspécifique + 25 % de pollen interspécifique), 1 :1 (50% de pollen intraspécifique + 50% de pollen interspécifique), 1 :3 (25% de pollen intraspécifique + 75% de pollen interspécifique). La figure 1 (page 10) présente le nombre de graines obtenues par fruit. Le comptage est effectué sur 17 fruits pour chaque type de pollinisation et pour chaque espèce de «fleur féminisée». - 1A/ Fleur féminisée d espèce M. lewisii - 1B/ Fleur féminisée d espèce M. cardinalis La figure 2 (page 10) présente le pourcentage de graines hybrides obtenues dans chaque type de pollinisation. Chaque cercle indique le pourcentage d hybrides obtenus pour une pollinisation. La ligne diagonale indique le pourcentage d hybrides obtenus si le pollen intraspécifique et le pollen interspécifique ont le même potentiel de fécondation. - 2A/ Fleur féminisée d espèce M. lewisii - 2B/ Fleur féminisée d espèce M. cardinalis Question III-B : Vous analyserez et interpréterez les graphiques présentés page 10 et répondrez dans le cadre III-B (page 10). TP_b 9/16

10 Figure 1 Figure 2 nombre moyen de graines par fruit Pourcentage d hybrides Traitement pollinisateur Traitement pollinisateur Les moyennes avec des lettres identiques ne sont pas significativement différentes. Les barres correspondent à l erreur standard. Réponse(s) à la question III-B TP_b 10/16

11 C - Détermination de la fitness des hybrides à partir de cultures réalisées en serre Afin d estimer la fitness des hybrides obtenus entre ces deux espèces, divers paramètres (nombre de graines par fruit, taux de germination des graines, taux de survie des plantules, masse des graines...) sont mesurés sur la descendance des croisements suivants : - M. lewisii : 100% de pollen intraspécifique de M. lewisii sur pistil de M. lewisii - M. cardinalis : 100% de pollen intraspécifique de M. cardinalis sur pistil de M. cardinalis - H(L) F1 : hybrides F1 obtenus par dépôt de pollen M. cardinalis sur pistil M. lewisii - H(C) F1 : hybrides F1 obtenus par dépôt de pollen M. lewisii sur pistil M. cardinalis Plusieurs paramètres sont comparés entre le parent M. lewisii et les individus de F1 hybrides H(L) d une part et entre le parent M. cardinalis et les individus de F1 hybrides H(C) d autre part. Les résultats sont présentés dans le tableau 1. Tableau 1 - Fitness relative de Mimulus lewisii, M. cardinalis et les hybrides F1 produits avec M. lewisii H(L) et M. cardinalis H(C). Pour chaque paramètre, la plus forte valeur de fitness est considérée égale à 1 et la plus basse valeur est exprimée de façon relative par rapport à 1. M.lewisii H(L) F1 M. cardinalis H(C) F1 Nombre de graines par fruit 1 0, ,511 Taux de germination 1 0, ,953 Taux de survie des plantules Pourcentage de floraison Biomasse des plantes 0, ,944 Viabilité du pollen 1 0, ,372 Masse des graines 1 0, ,263 Question III-C-1 : Rappelez la définition de la fitness (cadre III-C-1). Réponse(s) à la question III-C-1 TP_b 11/16

12 Question III-C-2 : Analysez et interprétez les résultats donnés dans le tableau 1 (cadre III-C-2). Réponse(s) à la question III-C-2 Question III-C-3 : Confrontez les résultats obtenus à la question III-B (page 10) aux résultats obtenus à la question III-C-2 (page 12) (cadre III-C-3). Réponse(s) à la question III-C-3 D - Étude du comportement des pollinisateurs Chez ces deux espèces, le gène YELLOW UPPER (YUP) contrôle la présence ou l absence de caroténoïdes dans les pétales : - l allèle C provoque la synthèse des pigments caroténoïdes et est à l origine de la couleur rouge de la fleur chez un individu homozygote CC. Les individus Mimulus cardinalis sont homozygotes CC. - l allèle L empêche la synthèse des pigments caroténoïdes; la fleur est rose chez un individu homozygote LL. Les individus Mimulus lewisii sont homozygotes LL. Le gène YUP suit une ségrégation mendélienne. Un croisement est effectué entre un individu homozygote LL Mimulus lewisii et un individu homozygote CC Mimulus cardinalis. À titre indicatif, l aspect des fleurs des hybrides F1 et de quelques hybrides F2 est présenté page 13. TP_b 12/16

13 M. lewisii (A), un hybride F1 (B), M. cardinalis (C) et des exemples de la variation observée chez les fleurs des hybrides F2 (d après Schemske et Bradshaw 1999) TP_b 13/16

14 Le taux de visites pollinisatrices par des colibris (figure 1A) ou des bourdons (figure 1B) est mesuré en nombre de visites par fleur et par jour dans le cas des différents génotypes du gène YUP trouvés parmi les hybrides F2 LL, LC, CC. En parallèle, le volume de nectar (figure 2A) et le taux de visites pollinisatrices par des colibris (figure 2B) ou des bourdons (figure 2C) (en nombre de visites par fleur et par jour) sont mesurés en fonction des génotypes concernant le locus à effet quantitatif (QTL) contrôlant le volume de nectar. On note ici aussi LL, LC et CC les divers génotypes. On rappelle qu un locus à effet quantitatif (QTL) est un locus pour lequel la variation allélique est associée à la variation d un caractère quantitatif. 2A volume du nectar (μl) nombre de visites des colibris 1A nombre de visites des colibris 2B nombre de visites des bourdons 1B Génotype du locus yup nombre de visites des bourdons 2C Génotype du QTL lié au volume du nectar Les moyennes avec des lettres identiques ne sont pas significativement différentes. Les barres correspondent à l erreur standard. Question III-D : Quelles conclusions tirez-vous de ces documents? Rédigez votre réponse dans le cadre III-D. TP_b 14/16

15 Réponse(s) à la question III-D Question III-E : Rédigez une conclusion générale pour la partie III (cadre III-E). Réponse(s) à la question III-E TP_b 15/16

16 Partie IV Exercice d identification de huit échantillons N échantillon Identification (nom vernaculaire et nom scientifique, position systématique) TP_b 16/16

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