Bac S SVT Emirats Arabes Unis 2016

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1 1ère PARTIE : (8 points). Génétique et évolution. Bac S SVT Emirats Arabes Unis 2016 Des hommes sans chromosome Y Céline et Erwan peinent à avoir leur premier enfant. Les résultats des examens prescrits pour comprendre la cause de cette difficulté montrent qu Erwan présente une stérilité liée à une anomalie qui touche 1 homme sur : son caryotype présente deux chromosomes X et une absence de chromosome Y, un des deux chromosomes X porte le gène SRY (Sex-determining Region of Y chromosome) dont le locus est, normalement situé sur le chromosome Y. La présence de ce gène explique qu Erwan ait développé un phénotype sexuel masculin. Le médecin explique par ailleurs que les chromosomes X et Y présentent, aux extrémités de leur bras, des régions homologues 1 et 2. La présence du gène SRY sur un chromosome X proviendrait donc, en fait, d un transfert par crossingover entre les chromosomes X et Y, lors de la méiose. En tant que médecin, expliquer à ce couple : comment, dans le cas général, la méiose et la fécondation conduisent à un caryotype XY chez un homme. comment, dans de rares cas, un événement survenu au cours de la méiose, peut avoir pour conséquence la présence de deux chromosomes X, dont l un porteur du gène SRY comme chez Erwan. Votre exposé comportera une introduction, un développement structuré illustré de schémas explicatifs et une conclusion. 2ème PARTIE Exercice 1 (3 points). Génétique et évolution. Le riz de la mousson Les caractéristiques des plantes sont en rapport avec la vie fixée. Une espèce de riz, Oryza fluitans, est cultivée dans les zones de mousson qui peuvent subir des inondations plus ou moins durables. Oryza fluitans résiste aux contraintes des inondations progressives et prolongées, en gardant le haut de la tige et les feuilles au-dessus du niveau de l eau. On cherche à comprendre comment la tige et les feuilles du riz Oryza fluitans sont maintenues hors de l eau, lors des moussons. À partir de l étude des docs, cocher la bonne réponse dans chaque série de proposition du QCM. Document 1 : organisation de jeunes tiges de riz Photographie A : aspect typique de plants de riz ayant poussé à l air libre. Photographie B : aspect typique de plants du même âge sous immersion, lors d une inondation pendant deux jours. Les flèches indiquent les deux plus jeunes nœuds de chaque tige. D après M. Umeda et H. Uchimiya, Plant Physiol, _TS_EUA2016.docx 1

2 Document 2 : éthylène et immersion du riz de la mousson Document 2a : mesure de la concentration d éthylène contenue dans des cavités intercellulaires d un entrenœud (en µl/l d air contenu dans ces cavités) de lots de plants de riz immergés et de riz cultivés à l air libre D après J. Fukao et al., The Plant Cell, 2006 Document 2b : longueur des entrenœuds de lots de riz ayant poussé à l air libre en présence ou en absence d éthylène QCM Cocher la réponse exacte pour chaque proposition D après J. Fukao et al., The Plant Cell, En deux jours, l entrenœud d un lot de plants de riz immergé : s est moins allongé que celui d un lot de plants de riz du même âge ayant poussé à l air libre. s est allongé trois fois plus que celui d un lot de plants de riz du même âge ayant poussé à l air libre. s est autant allongé que celui d un lot de plants de riz du même âge ayant poussé à l air libre. a subi une augmentation de 10 cm de plus que celui d un lot de plants du même âge ayant poussé à l air libre 2- L immersion d un plant de riz entraîne : une diminution de la concentration d éthylène. une production d éthylène. une diminution de la production d éthylène. une consommation d 1 µl.l -1 d éthylène. 3- L éthylène : induit une augmentation de la longueur des entrenœuds d environ 35 cm en 7 jours. agit uniquement sur la longueur des entrenœuds des plants de riz immergés. agit uniquement sur la longueur des entrenœuds des plants de riz au bout de 7 jours. entraîne une diminution de la longueur des entrenœuds. 4- Lors de la mousson, le maintien du haut de la tige et des feuilles de riz hors de l eau est du : à la fabrication d éthylène par la plante en contact avec l air libre. à la diminution de la concentration d éthylène autour de la plante. à la croissance des feuilles qui consomment de l éthylène. à l allongement des entrenœuds sous l effet de l éthylène produit par la plante. 16_TS_EUA2016.docx 2

3 2ème PARTIE Exercice 2. 5 points. La plante domestiquée. De nouvelles variétés de tomates Après la pomme de terre, la tomate est le légume le plus consommé dans le monde. Au cours de la domestication, des milliers de variétés différentes ont été produites. Depuis 2013, une nouvelle variété de tomate cultivée, la Garance a été obtenue par l INRA. Il aura fallu une vingtaine d années de recherches pour l obtention de cette tomate. À l aide de l exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances : présenter les intérêts d avoir mis au point cette nouvelle variété Garance, expliquer comment la nouvelle variété Garance a été obtenu à partir de variétés anciennes, tout en recevant le label «sans OGM*». *Organisme Génétiquement Modifié Document 1 : quelques critères de variétés de tomates cultivées Document 1.a : comparaison de quelques critères agronomiques entre 3 variétés de tomates cultivées VARIETES NOMBRE DE RESISTANCES AUX NUISIBLES % DE TOMATES DECLASSEES ASPECT ESTHETIQUE (note sur 10) QUALITE GUSTATIVE (note sur 10) DCC84 (tomate Cœur de bœuf rouge) 3 5,8 8 6,0 Garance (tomate ronde rouge) 8 0,5 7,8 6,5 DN 75 (tomate ronde noire) 4 2,1 7,5 6,5 * une tomate qui présente des défauts est dite «déclassée» D après C. Mazolier, Tomate en Agriculture Biologique : variétés de type ancien en tunnel froid Des études ont révélé que les consommateurs préfèrent, esthétiquement, des tomates de gros calibres et de couleur rouge vif. Document 1.b : teneurs (moyennes) des tomates de la variété Garance, en différentes substances par rapport à une tomate standard Lycopène + 65 % Vitamine C + 90 % Sucres + 32 % D après INRA, 2010 Document 2 : nature et propriétés physiologiques du lycopène et de la vitamine C La vitamine C participe à la synthèse des globules rouges et contribue au bon fonctionnement du système immunitaire. Il est recommandé d en consommer quotidiennement entre 75 et 90 mg. Le lycopène est un pigment rouge vif dont la consommation régulière réduit le risque de souffrir d une maladie cardio-vasculaire, du diabète ou encore de l ostéoporose, et aurait un effet protecteur contre certains cancers. Document 3 : l obtention de nouvelles variétés végétales par croisement La fleur de tomate est capable de s autoféconder, c est à dire que son pollen peut venir féconder ses propres ovules. Pour forcer deux variétés, A et B, à se croiser, il est donc nécessaire de retirer les étamines de la plante qui sera utilisée comme femelle et d apporter le pollen de la plante utilisée comme mâle. 16_TS_EUA2016.docx 3

4 Document 4 : caractéristiques d une variété de tomate sauvage VARIETE COULEUR TAILLE DU FRUIT QUALITES Solanum cheesmanii jaune orange 1 à 2 cm multiples résistances richesse en sucres D après S. D. Tanksley, The Plant Cell, 2004 Document 5 : la sélection de variété végétale par rétrocroisement Document 5.a : le brassage intra-chromosomique ou crossing-over Document 5.b : le principe de la sélection par rétrocroisements Soit une variété M de faible intérêt agronomique qui possède dans son génome, un gène Z codant un caractère que l on souhaite transférer à une autre variété cultivée N présentant de nombreux caractères agronomiques intéressants (liés au fruit : forme, fermeté, couleur, taille ). Par le croisement de ces 2 variétés, on obtient un hybride F1 dont le génome renferme bien le gène Z mais aussi la moitié de l ADN de la variété M, ce qui diminue beaucoup les qualités de l hybride F1. Afin de remédier à ce phénomène, on réalise alors une série de rétrocroisements lesquels consistent à croiser l hybride F1 avec la variété N. Les hybrides (F2, F3, etc.) qui se forment ainsi possèdent de moins en moins d ADN de la variété M. À chaque génération, seuls les hybrides renfermant le gène Z sont sélectionnés. Document 5.c : schéma décrivant le principe de la sélection par rétrocroisements 16_TS_EUA2016.docx 4

5 2ème PARTIE Exercice 2. 5 points. Energie et cellule vivante. Un gazon prêt pour l Euro 2016 En prévision des futurs matchs de football de l Euro 2016 en France, de nombreux travaux ont été réalisés pour assurer une qualité de pelouse irréprochable. Une variété de gazon résistante au piétinement a déjà été sélectionnée et, parallèlement, des spécialistes ont développé des outils pour assurer une croissance optimale de cette plante. L objectif étant de commander le plus justement possible l éclairage des zones les plus sombres et de maîtriser la température. À partir de l exploitation des documents mises en relation avec connaissances, expliquer comment les spécialistes doivent ajuster les paramètres, lumière et température, pour assurer une croissance optimale du gazon des stades français. Document 1 : expérience de Reinke En 1883, Reinke étudia l effet de l intensité de la lumière et de la température sir la photosynthèse. Graphique représentant l intensité de la photosynthèse en fonction de l intensité lumineuse et pour deux températures différentes D après Document 2 : spectre d action de la lumière et spectre d absorption des pigments chlorophylliens 16_TS_EUA2016.docx 5

6 Document 3 : variation de l assimilation du CO 2 en fonction de la température chez le pois Le gazon réagit de la même façon que le pois D après Document 4 : conditions d assimilation du CO 2 au niveau des chloroplastes Document 4.a : influence de la température sur l assimilation du CO 2 EXPERIENCE On soumet des plants d avoine à une baisse de température et on effectue des mesures de la teneur en molécules constituant le cycle de Calvin. RESULTATS IMMEDIATS augmentation du taux de F1,6BP augmentation du rapport TP/RuBP grande diminution du rapport APG/TP D après Document 4.b : L incorporation du CO 2 dans les molécules organiques au cours du cycle de Calvin Certaines étapes du cycle de Calvin sont catalysées par des enzymes sensibles à la température. Les glucides produits par le cycle de Calvin participent à la croissance de la plante. Légende des molécules du cycle de Calvin : APG : acide 3-phosphoglycérique TP : triose phosphate RuBP : Ribulose 1, 5- diphosphate F1,6P : fructose 1, 6- disphosphate RH 2 : transporteur réduit 16_TS_EUA2016.docx 6

7 Eléments de correction. 1ère PARTIE : (8 points). Génétique et évolution Sujet qui sort un peu de l ordinaire, car mis en situation. Notions principales attendues : M! et F! conduisent à un caryotype XY chez l homme. Lors de la méiose, suite de deux divisions cellulaires précédées d une seule réplication de l ADN (semiconservative), on observe (dans les deux sexes) : - Une disjonction des K homologues lors de la première division (ici, pour se remettre en situation, une disjonction des K X et Y chez l homme, et X et X chez la femme) = passage de 2n à n K ; - Une séparation des chromatides sœurs en deuxième division de méiose. Ainsi, l homme produit des gamètes haploïdes n= 23 (22 autosomes + 1 KY) et la femme également (22 autosomes + 1X). Des schémas d une cellule 2n en début de méiose, et fin de télophases I et II peuvent s avérer utiles). La fécondation, par l union des gamètes de l homme et de la femme, réunit la diploïdie. On aboutit à une cellule œuf à 2n = 46 K (dont la paire X et Y) Un schéma de la fécondation peut être utile. Comment expliquer qu Erwan possède deux K X, dont un porteur de SRY (normalement situé sur Y). - Erwan a hérité d un X de sa mère, sans gène SRY (absent chez la mère). - Erwan a aussi hérité d un X de son père, mais porteur de SRY (ce gène est présent chez l homme, normalement sur Y). - Il y a donc eu un CO inégal entre les K X et Y lors de la prophase I de méiose dans la cellule germinale du père : Y s est recombiné avec X à proximité du gène SRY, dans une région pourtant non homologue des deux K sexuels. - Définir alors le CO inégal. - Réaliser un schéma du phénomène. 2ème PARTIE Exercice 1 (3 points). Génétique et évolution. Exercice très simple! 1- En deux jours, l entrenœud d un lot de plants de riz immergé : a subi une augmentation de 10 cm de plus que celui d un lot de plants du même âge ayant poussé à l air libre 2- L immersion d un plant de riz entraîne : une production d éthylène. 3- L éthylène : induit une augmentation de la longueur des entrenœuds d environ 35 cm en 7 jours. 4- Lors de la mousson, le maintien du haut de la tige et des feuilles de riz hors de l eau est du : à l allongement des entrenœuds sous l effet de l éthylène produit par la plante. 2ème PARTIE Exercice 2. 5 points. La plante domestiquée. Un exercice intéressant pour la démarche, mais pas très difficile. Double problématique : - Intérêts de Garance ; - Comment Garance a été obtenue. Doc1. Problème : pas d échelle pour le «nombre de résistance aux nuisibles». Passons. Avantages de garance : - visiblement très résistante aux nuisibles ; - peu de tomates déclassées (= peu de défauts) - très bonne note sur l aspect esthétique ; - bonne qualité gustative. - tomate rouge, prisée des consommateurs. Docs 1b et 2. - Forte teneur en vitamine c (et voir doc 2 pour les impacts sur la santé) - Forte teneur en lycopène (aspect rouge vif de la tomate, voir plus haut, et impact sur la santé. - Prélever au moins une valeur. Bref, les documents 1 et 2 répondent à la première partie de la problématique. Passons maintenant à la deuxième. Doc3. - Fleur de tomate est capable de s autopolliniser (autof!) ; - Les grains de pollen (contenant les gamètes mâles) peuvent atteindre le stigmate du pistil, et germer jusqu aux nombreux ovules. Absence d obstacles à l autof! 16_TS_EUA2016.docx 7

8 - Pour obtenir Garance, il faut croiser deux variétés différentes de tomates. Il faut donc éviter l autof! en coupant les étamines d une fleur, ce qui l oblige à être pollinisée par une autre fleur d une autre variété (elle ne se comporte finalement que comme un pied femelle). Doc4. La variété de tomate présentée possède certains caractères intéressants (au moins la résistance et la richesse en sucre). Ce sont des caractères que l Homme peut sélectionner dans sa nouvelle variété (exemple : Garance). Doc5. Il présente la notion de CO, normalement déjà connue. C est donc une aide qui est apportée pour la résolution du problème donné. Le doc5b présente la sélection par rétrocroisement, déjà vue en cours avec l étude de l obtention de la pomme Ariane (par l INRA là encore). Il vous montre que lorsque l on croise deux variétés pour en obtenir une nouvelle, et que seul un gène d intérêt doit être conservé pour une des deux variétés alors que l autre possède de multiples avantages, il est nécessaire de faire plusieurs générations de rétrocroisements et de sélections pour finalement conserver uniquement le gène d intérêt, et tous les autres avantages de la variété d intérêt (pour résumer, au cours des générations, les caractères non-intéressants sont progressivement éliminés, alors que les intéressants, donc le gène Z, sont conservés). En bref, au bout de n générations (ce qui est long le temps de faire les rétrocroisements puis les sélections), on a gardé l intégralité des caractères de N, supprimé la presque totalité des ceux de M, sauf le gène Z. Comme ici on a sélectionné un gène provenant d une autre variété de tomate, dans passer par les outils permettant d obtenir des OGM, c est donc une tomate non OGM. La synthèse doit reprendre les éléments clé, qui répondent à la problématique (la seule difficulté étant de bien relier les données pour répondre clairement). 2ème PARTIE Exercice 2. 5 points. Energie et cellule vivante. Un sujet d actualité : l Euro! et l exercice pas très intéressant L objectif est simple : agir sur des paramètres physiques (T C, lumière) permettant d optimiser la croissance du gazon. Doc1. Attention : deux paramètres sur le graphique. - Plus l intensité lumineuse augmente, plus l intensité de la photosynthèse s accroit (une petite valeur), du moins jusqu à 400 à 450 UA, car ensuite, il n y a plus d amélioration de la photosynthèse (et en plus, on consomme plus d énergie inutilement). - Evolution similaire à plus haute température : l intensité photosynthétique augmente avec une température de 25 C/ 15 C. Doc2. Spectre d action = longueurs d ondes les plus efficaces dans la PS. Sans surprise, c est le violet-bleu et l orange rouge. Pour le spectre d absorption par pigments, il permet de voir que ce sont les pigments photosynthétiques qui absorbent d ailleurs ces mêmes longueurs d ondes (chla, b et pigments accessoires comme les caroténoïdes). Doc3. Meilleure assimilation du CO2 vers 20 à 25 C (en corrélation avec le doc 1 d ailleurs). Cela décroit de part et d autre de cette température = photosynthèse moindre (ici on est chez le pois, mais le biais est réglé par la phrase sous le graphique). Doc4. Baisse de T C = à relier au cycle de BC juste en-dessous. Cela vous permet de voir que le cycle de BC est affecté par la baisse de T C, et evt sur quel «endroit» du cycle de BC agit la baisse de T C. Vu les résultats (à analyser), accumulation de F1,6BP, TP, et baisse APG, ce qui signifie que le CO2 est moins incorporé (en lien d ailleurs avec le doc 3). En bref, - La lumière a donc un impact sur la phase photochimique de la PS (je pense qu il faut rester sur l aspect quantitatif, et ne pas trop insister sur le qualitatif voir docs avec les longueurs d onde) ; - Idem pour la température, qui a un effet ici sur la phase chimique de la photosynthèse, CAD sur le cycle de BC. - Mieux vaut une température de 25 C et un éclairement de 400 U environ, avec de la lumière blanche (radiations bleue et orange-rouge les plus efficaces). 16_TS_EUA2016.docx 8