La plante domestiquée TP 22

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1 La carotte est une plante de la famille des Apiacées (Ombellifères) dont la forme sauvage (Daucus carota) est de petite taille avec une racine blanche assez massive, ligneuse et filandreuse, désagréables au goût. De manière empirique ou volontaire, l Homme a conservé au fil du temps les carottes de couleur orange plus goûtues et juteuses. L Homme a ainsi domestiqué la carotte. Il existe actuellement sur le marché, une diversité de variétés de carottes issues de la domestication et sélectionnées par croisements naturels : blanches, rouges, violettes Activité 1 : La sélection de la carotte par l Homme se retrouve à différentes échelles : générale, moléculaire, génétique. Pour déterminer les caractères sélectionnés par l Homme nous allons comparer la carotte cultivée à la carotte sauvage et relever dans un tableau les différences observées aux différentes échelles. Histoire de la carotte La carotte a une longue histoire puisque les romains la consommaient déjà. Un certain nombre de textes médiévaux permettent de constater qu'il existait déjà au Moyen-Age des carottes pourpres et blanches. Carotte cultivée C'est à la fin du XVIème siècle que la carotte orange fait son apparition, créée par des horticulteurs hollandais. Ces différentes variétés ont été obtenues par hybridation classique. L'horticulteur procède à des pollinisations croisées entre le pollen d'une carotte et l'ovule d'une autre présentant des caractéristiques intéressantes. C'est par croisements successifs (et tâtonnements!) qu'on arrive à la variété que l'on cherche à obtenir. 1

2 Vous travaillerez en groupe de 4 et vous présenterez un compte rendu commun qui contiendra : - Le tableau comparatif de la carotte sauvage et de la carotte cultivée aux différentes échelles phénotypiques et génotypique. (activité 1) - Une comparaison des résultats de la chromatographie du panais et de la carotte. - Les réponses à l activité 2 (texte argumenté + schéma). Echelle caractéristiques Carotte sauvage / panais (faute de mieux) Carotte cultivée / orange Macroscopique Appareil caulinaire (tige et feuille) Appareil racinaire Moléculaire Teneur en carotène Synthèse des caroténoïdes : enzyme PSY Génétique Synthèse des caroténoïdes Comparaison des phénotypes macroscopiques du panais (assimilé à la variété sauvage) et de la carotte orange (la variété cultivée). Réalisez la chromatographie du panais/de la carotte colorée (voir protocole). Réalisez la coloration de la lignine de la carotte colorée/panais (voir protocole). La lignine est l un des principaux constituants du bois, elle apporte à la plante rigidité et imperméabilité à l eau. Présentez vos résultats (titre, légendes etc) et identifiez les tâches observées. Comparez les équipements enzymatiques de la sauvage et de la cultivée à l aide des figures 2 et 3. Utilisez les figures 4 et 5 pour comparer les données génétiques des 2 carottes. 2

3 LA CHROMATOGRAPHIE est une technique de séparation des substances présentes dans un mélange ; elle utilise la migration d un liquide (solvant) sur un support solide (papier..). Les constituants du mélange sont entraînés plus ou moins loin suivant leurs propriétés physicochimiques (masse, polarité, solubilité...). Les pigments solubles dans le solvant migrent sur le papier de chromatographie et se répartissent de la façon suivante : PROTOCOLE DE LA CHROMATOGRAPHIE - Préparer l éprouvette : suspendre le papier à chromatographie à l aide d un crochet fixé sur un bouchon, le placer dans l éprouvette pour repérer le niveau du solvant à mettre après (le papier devra tremper d un demi-cm dans le solvant). Veiller à prendre le papier uniquement par les bords sans poser vos doigts sur la zone de migration. - Retirer le papier, verser le solvant (en évitant tout contact avec la peau et les yeux) jusqu au niveau repéré et fermer l éprouvette sans le papier. - Tracer un trait au crayon à 2 cm du bas de la bande de papier pour marquer l emplacement du dépôt. - La tache de pigments doit être aussi petite et foncée que possible. Pour cela écraser, à l aide d un agitateur, une coupe assez fine de carotte ou panais à l emplacement prévu, répéter l opération 5 fois, sur le même emplacement, en renouvelant la coupe de légume. - Suspendre le papier à chromatographie, le placer dans l éprouvette en vérifiant que les dépôts de pigments sont bien situés au-dessus du niveau du solvant et fermer. Protocole de coloration de la lignine : - Réaliser des coupes fines de carotte d épaisseur d environ 2 mm. - Immerger ces coupes de racines de carotte 15 à 20 minutes dans la solution de phloroglucine - Les immerger 5 minutes dans l'acide chlorhydrique qui révèle la coloration rouge des tissus lignifiés. - Recouvrir l éprouvette d un cache noir et laisser migrer le solvant à l obscurité pendant 20 à 30 minutes. Laisser sécher à l air libre. 3

4 Figure 2 : Voie de biosynthèse des principaux caroténoïdes (simplifiée) Figure 3 : Présence de l'enzyme PSY chez différentes carottes (Western blot) (QAL : carotte blanche sauvage, KUT : carotte blanche cultivée, CRC et NAN : carotte orange cultivée) Figure 4 : Taux d expression des gènes codant pour la synthèse de l'enzyme PSY (QAL : carotte blanche sauvage, KUT : carotte blanche cultivée, CRC et NAN : carotte orange cultivée) (Maass et al, 2009) 4

5 Figure 5 : Localisation de quelques gènes codant pour des enzymes participant à la synthèse des caroténoïdes chez la carotte. 5

6 Activité 2 : Montrer l importance des carotènes pour l Homme et en quoi la carotte domestiquée répond à ses attentes L'organisme peut transformer en vitamine A certains caroténoïdes provenant des végétaux. Parmi eux, le bêta-carotène est de loin la provitamine A la plus importante. La vitamine A est un nutriment essentiel au maintien de la santé oculaire. Une carence en vitamine A entraîne une maladie oculaire et peut conduire à la cécité. En fait, le déficit en vitamine A est la plus grande cause évitable de cécité infantile. Les personnes les plus touchées sont les enfants âgés de 6 mois à 6 ans, les femmes enceintes et allaitantes. Une carence en vitamines A est la raison pour laquelle enfants perdent la vue chaque année. Environ 140 millions d'enfants originaires de 118 pays différents font des carences en vitamines A. 1/4 des décès infantiles et 30% des cas de cécité dans le monde sont causés par une carence en vitamines A. De nombreux pays présente des populations qui sont en avitaminose A, particulièrement dans les zones équatoriales et tropicales, entre et enfant deviennent aveugles chaque année par manque de vitamine A, la moitié d entre eux meurent dans les 12 mois qui suivent Activité 3 : Une fois sélectionnées les plantes cultivées peuvent encore être améliorées! Comme la carotte pousse difficilement dans les zones concernées, on a cherché à développer un riz enrichi en carotène, le riz étant l'aliment de base de nombreuses populations. On a donc utilisé les techniques de la transgénèse, créant un riz PGM, le riz doré. Pour faire fabriquer au riz le carotène à partir d'un précurseur, on a greffé sur le génome du riz trois gènes, deux d'une autre plante et un de bactéries. Le problème, c'est qu'une partie de la chaîne biochimique est détournée au profit de la synthèse du carotène. De ce fait, un facteur de croissance comme la gibberelline est en plus faible quantité, limitant la croissance de la plante. Actuellement, le riz doré n'est toujours pas commercialisé. Livre p (pour le schéma de la transgénèse) A l aide des informations ci-dessus réalisez un schéma expliquant la technique permettant la mise au point du riz doré. Précisez les limites de cette nouvelle espèce. 6