Brassica rapa. Génétique mendélienne : mono et dihybridisme. Ref : Français p 1. Version : 8006

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1 Français p 1 Génétique mendélienne : mono et dihybridisme Version : 8006

2 1 Composition du kit - Graines de Parent 1 : Brassica rapa sauvage double dominant (environ 100). - Graines de Parent 2 : Brassica rapa mutant double récessif (environ 100). - Graines de F1 di-hétérozygote (environ 100). 2 Objectifs - Réaliser des expériences de mono ou dihybridisme en appliquant strictement la méthode de Mendel. - Exploiter les résultats obtenus pour valider le modèle explicatif proposé par Mendel. - Suivre le cycle complet de développement de la plante et à partir des observations, établir les principes fondamentaux de la reproduction sexuée des végétaux indispensables pour la compréhension des travaux de Mendel. Il s agit donc de proposer aux élèves des activités très formatrices sur le plan pratique et qui s insèrent parfaitement dans la partie «les débuts de la génétique : les travaux de Mendel» du programme de Terminale S en spécialité. 3 Caractéristiques des souches de Brassica rapa - Les souches de Brassica rapa sont sélectionnées par croisements, il ne s agit pas d organismes génétiquement modifiés. - Le cycle de développement est court : environ 40 jours de graines à graines dans les conditions optimales de culture, avec éclairement permanent. - Autopollinisation : rare. - Les graines récoltées sont capables de germer sans période de vernalisation, le lendemain de la récolte. - Graines à l origine de lignées pures ou d hybrides de première génération. - Phénotypes macroscopiques repérables après 2 ou 3 jours de culture : la présence ou l absence d anthocyanes est visible dès la germination des cotylédons. - Phénotype repérable au niveau cellulaire : présence ou absence d anthocyanes dans les vacuoles. 4 Des variétés qui répondent aux critères mendéliens Les graines de Brassica rapa Parent 1 et Parent 2 fournies appartiennent à des lignées pures. On ne considèrera la transmission que d un ou de 2 couples de caractères. Dans chaque couple, la présence de l un des caractères exclut celle de l autre et chacun est facilement repérable. D autre part il y a ici ségrégation indépendante des caractères. - 1er couple de caractères : présence d anthocyanes /absence d anthocyanes - 2ème couple de caractères : feuilles bien vertes/feuilles vert-jaune. Les graines Parent 1 (souche sauvage : (pr+ ; yg+)) donnent des plantes avec anthocyanes (hypocotyle et nervures pourpres) et des feuilles (et cotylédons) bien vertes. Les graines Parent 2 (souche portant deux mutations récessives (pr ; yg)) donnent des plantes sans anthocyanes et à feuilles vert-jaune. FRANÇAIS 1

3 5 Conduite des expériences : application de la méthode mendélienne 5.1 Principe - Réaliser une double culture permettant de procéder à une pollinisation croisée entre les plantes appartenant aux lignées pures P1 et P2. - Récolter les graines, les faire germer et procéder à une étude quantitative de la répartition des caractères des 2 couples (ou d un seul) chez les hybrides de 1ère génération (F1) sur un échantillon statistiquement satisfaisant. - Compléter éventuellement avec un croisement F1 x F1 qui peut être mené en même temps que le précédent si on utilise les graines F1 fournies ou après, si on se sert des graines récoltées. - Un croisement test nécessitant une pollinisation croisée entre F1 et P2 semble indispensable pour valider le modèle explicatif de Mendel. 5.2 Protocole - Cultiver les souches dans les conditions optimales : voir ci-dessous le paragraphe «Culture de Brassica rapa» et «Croisement et pollinisation». Trois croisements peuvent être menés en parallèle mais avec des blocs de godets différents. - Penser à bien étiqueter : - P1 x P2. Utiliser toutes les graines P1 fournies et la moitié des graines P2 par exemple. - P2 x F1. Utiliser le reste des graines P2 et la moitié des graines F1. - F1 x F1. Utiliser le reste des graines F1. - A T = 3 jours, enregistrer les caractères que présente chaque plant. - Bien suivre les différentes étapes du cycle biologique (penser à prendre éventuellement des photos si on souhaite les exploiter ultérieurement), réaliser une dissection florale en relation avec la technique expérimentale de Mendel. - Procéder méthodiquement à la pollinisation croisée entre P1 et P2, entre F1 et P2 et entre F1 et F1. - Utiliser une brosse à pollen nouvelle pour chaque pollinisation. L autopollinisation étant rare, il n est pas nécessaire de cacher les pistils. - Suivre le passage de la fleur au fruit (prendre éventuellement des photos numériques), récolter les graines dans des sachets étiquetés. - Déterminer la répartition des caractères étudiés chez les descendants après une simple germination en milieu humide et éclairé (sur boîtes de pétri par exemple). - Enregistrer les résultats à T = 3-5 jours. 6 Exploitation des résultats Le protocole proposé permet d obtenir les résultats d une expérience de dihybridisme ou de monohybridisme dans le cas où on ne prend en compte que l un des couples de caractères. Les élèves doivent les utiliser pour valider le modèle explicatif de Mendel. On peut leur fournir les principales formulations de Mendel afin qu ils puissent confronter les résultats obtenus au modèle. Il est intéressant d attirer leur attention sur la nécessité d analyser un grand nombre de descendants. FRANÇAIS 2

4 7 Prolongements pédagogiques possibles - Les résultats sont, bien sûr, dans un premier temps interprétés dans le cadre du modèle mendélien. On peut ensuite demander une interprétation plus «moderne» intégrant les données de la théorie chromosomique de l hérédité. - Des observations microscopiques permettent d observer facilement le pollen, la germination des tubes polliniques, les ovules ou encore le phénotype «anthocyanes» au niveau cellulaire (observation des vacuoles colorées). - Ces expérimentations peuvent être intégrées à certains TPE du thème «hériter, innover». L exploitation des résultats peut conduire les élèves à un calcul de Khi2. - Une autre expérience de monohybridisme faisant intervenir le couple de caractères «en rosette»/«standard» du kit Brassica «morphogénèse, génotype et phénotype» (référence ) peut également être réalisée. 8 Culture des Brassica rapa Les souches de Brassica rapa proposées sont sélectionnées pour offrir un cycle de développement très court, compatible avec un rythme scolaire. Il est possible à partir de graines de parents d obtenir une 2ème génération en moins d un mois et demi. Cette croissance rapide et «forcée» nécessite un environnement extrêmement favorable : - Apport d eau et d engrais en continu et en quantité suffisante. - Eclairage à spectre horticole intense et continu ; l éclairage devant être maintenu à moins de 10 cm de l apex des plantes, il est nécessaire d envisager un système qui permette la remontée progressive des rampes au fur et à mesure de la croissance des plantes. - Température optimale : C. Il est nécessaire d éviter les écarts thermiques et donc de disposer d une enceinte confinée mais aérée. L enceinte éclairante (réf ) et le kit de mise en culture (réf ) ont été spécialement développés pour répondre aux besoins énoncés cidessus, pour faciliter ainsi la culture des souches de Brassica rapa dans des conditions optimales et rendre possible l exploitation de résultats statistiques. 9 Croisement et Pollinisation - A partir du 13ème jour, la floraison débute sur certains plants. Pratiquer la pollinisation croisée à l aide d une brosse à pollen (fournie dans le kit de mise en culture réf ) : - prélever du pollen sur les étamines d une fleur d une plante et le transporter sur le pistil d une fleur appartenant à une autre plante. L opération doit être réalisée avec méthode. Elle s étale sur 3 ou 4 jours. Le pollen ne conserve son pouvoir germinatif que 4 jours environ et le stigmate n est réceptif que dans les 2 ou 3 jours qui suivent l ouverture de la fleur. Une fois la pollinisation réalisée sur quelques fleurs, on peut couper les bourgeons floraux encore fermés. Il est possible de vérifier la présence de pollen jaune sur la brosse par simple observation à la loupe binoculaire. Les grains de pollen sont nettement visibles dans les poils noirs du goupillon. FRANÇAIS 3

5 10 Fructification - Récolte des graines - A T = jours : début du développement des fruits, les pétales et sépales se dessèchent. - A T = jours : suite du développement des fruits et grossissement des graines. - Vers T = 38 jours, les fruits commencent à brunir, on peut alors priver les plantes d eau. - A T = jours, les siliques bien déshydratées sont récupérées, placées dans un petit sachet. Il faut alors provoquer leur déhiscence en triturant le sachet. Les graines sont récoltées et étiquetées. Mise en culture de la 2ème génération : Les graines récoltées peuvent être mises en culture dans les jours qui suivent la récolte. 11 Sites internet - Les fiches de travaux pratiques et des résultats : - Le cycle de culture de Brassica rapa en détails et les résultats de manipulation réalisées par les élèves du Lycée Ronsard : 12 Matériel complémentaire à prévoir - Enceinte éclairante Réf Kit de mise en culture Réf Pinces droites Réf Service après vente Pour toutes questions, contacter notre support technique : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE FRANÇAIS 4

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