Chapitre 6 : LA PLANTE DOMESTIQUÉE La recherche des origines d espèces végétales cultivées comme le maïs, le riz ou le blé montre

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1 Thème 2 B : Enjeux planétaires contemporains Chapitre 6 : LA PLANTE DOMESTIQUÉE La recherche des origines d espèces végétales cultivées comme le maïs, le riz ou le blé montre que celles-ci possèdent chacune un «ancêtre sauvage», espèce initialement présente dans les écosystèmes non modifiés par l Homme. 1- La téosinte, espèce sauvage et le maïs, espèce domestiquée Doc 1 p. 246 : Histoire de la domestication du maïs Sélection massale : Le scénario de la domestication d une plante sauvage pourrait se résumer ainsi : Cueillette et semis des graines des plantes les plus intéressantes (mais très rares dans les populations sauvage) puis croisements successifs aboutissant à une stabilisation des caractères retenus.

2 La culture du maïs s est répandue, à partir de son centre d origine mexicain, en Amérique du nord et en Amérique du sud. L introduction du maïs en Europe date des expéditions de Christophe Colomb et de Jacques Cartier (fin du 15ème - début du 16ème siècle). Ce déplacement dans des zones climatiques différentes a abouti au développement de différentes variétés Durant toute la période qui va jusqu au début du 20ème siècle, les agriculteurs ont pratiqué la sélection massale en privilégiant les plants aux épis possédant des grains nombreux et gros ainsi qu en sélectionnant des caractères adaptés aux conditions d environnement de la culture. On a abouti ainsi à des populations différentes d une région à l autre en fonction des caractères sélectionnés. En choisissant et en croisant de manière répétée des individus montrant des critères génétiques favorables, l homme a opéré une forme de sélection empirique aboutissant à l apparition d espèces de plantes dites cultivées. Le passage de la téosinte au maïs correspond à la modification de 5 ou 6 gènes. Exemple du gène tb1 : Doc 2a et b p.246/247 Le gène TB1 (téosine branched 1) dont l'action est de réprimer la formation des bourgeons axillaires. Les allèles de TB sont très semblables et la protéine produite est fonctionnelle dans les 2 cas. Néanmoins, l'expression de TB1 est très forte au niveau des méristèmes axillaires chez le maïs (très faible chez la téosinte) Le gène TB1 est un gène du développement commun au maïs et à la téosinte. Les deux espèces varient par le contrôle exercé sur ce gène. Exemple du gène Tga1 a : un épi de maïs ; b : un épi de téosinte ; c : un épi dun pied de téosinte ayant le gène Tga1 de maïs ; d : un gros plan sur une semence de téosinte ; e : un gros plan sur une semence d un pied de téosinte ayant le gène Tga1 de maïs.

3 La comparaison des séquences des allèles des gènes tga1 chez le maïs et la téosinte montre un certain polymorphisme mais surtout on trouve, en position 6 le codon AAT dans tous les allèles du maïs et le codon AAG dans tous les allèles de téosinte. Après traduction, la lysine présente dans la protéine tga1 du téosinte est remplacée par l asparagine dans la protéine du maïs. Le changement d acide aminé en position 6 confère des propriétés nouvelles à la protéine du maïs par rapport à celle du téosinte. (la preuve n en a pas été fournie) Le rôle de TGA1 du maïs est de réduire l'épaisseur de la cupule La domestication d une espèce sauvage se traduit par la combinaison dans une espèce cultivée de caractéristiques génétiques favorables pour la culture et parallèlement, par une réduction de l adaptation à la vie sauvage. (Doc p. 257) 2- Une sélection scientifique des variétés cultivées Dès le XVIème siècle, les plantes cultivées deviennent un enjeu scientifique et politique. Ces variétés sont diffusées dans le monde. Les avancées scientifiques vont permettre d optimiser encore les qualités agronomiques de ces plantes, notamment : - En 1676, la découverte du rôle sexuel des étamines et du pistil permet d envisager les croisements dirigés entre des plantes d intérêt. - De 1880 à 1910, la découverte des lois de Mendel permet d envisager que les caractères d intérêt sont portés par des gènes, eux même portés par les chromosomes (Morgan). Ceci facilite le travail d analyse de croisement et d obtention de plantes d intérêt. Document 2a b p. 248 Au fil des années, la sélection de ces variétés de plantes et l absence de reproduction avec la variété ancestrale ont contribué à modifier lentement le génotype. Ceci a contribué à réduire la biodiversité spécifique (de l espèce) : les plantes sont plus semblables (sélectionnées), leurs cycles sont plus homogènes de façon à être rentables pour l Homme. Le résultat de cette sélection est visible sous la forme d une diversité biologique particulière : la diversité variétale. Variétés : Différentes formes d une même espèce cultivée présentant des caractéristiques sélectionnées suivant des critères définis par l Homme : résistance aux maladies, nature des réserves applications agro-alimentaires, industrielles Il faut aussi conserver cette forme de biodiversité car, comme les espèces sauvages, elles sont une réserve potentielle de variabilité génétique.

4 3- Produire de nouvelles variétés grâce à des techniques de croisement Documents p Les sélectionneurs ont œuvré de façon à identifier les variétés intéressantes. Pour obtenir une plante stable, ils ont alors réalisé des séries d autofécondation couplés à des tris des plantes produites. En une dizaine de générations, ils ont obtenu des lignées pures (variétés lignées) qui sont génétiquement homogènes et stables. Certaines plantes sont affaiblies par la forte homozygotie de leur génome. Des croisements entre lignées pures distinctes permettent de retrouver des plantes vigoureuses, phénomène qui a été décrite comme la «vigueur hybride» ou «hétérosis». Grâce aux connaissances acquises en génétique (localisation et identification de gènes), les scientifiques ont développé des techniques basées : - Sur le choix d individus possédant des caractéristiques agronomiques intéressantes (productivité, résistance à des parasites) puis sur le croisement de ces individus. - Sur des croisements répétés conduisant l obtention d hybrides. Ces techniques de sélection hybridation ont donc été une prolongation dirigée et extrêmement plus ciblée de la sélection artificielle empirique exercée initialement par l Homme. Par sélection dirigée, l'homme a produit des variété nouvelles mais aussi dans certains cas de nouvelles espèces comme le triticale, espèce de céréale résultant de la mise en commun du patrimoine génétique du seigle et du blé. 4- Transgénèse et OGM

5 Les progrès de la biologie moléculaire ont permis depuis 1980 de développer des techniques d amélioration des plantes basées sur la modification directe de leur génome : - La transgénèse : introduction dans le génome de la plante d un ou plusieurs gènes (provenant d autre espèce : gène humain codant pour l hémoglobine transféré au tabac) - La mutagénèse : suppression de l expression d un gène (diminution de la concentration en allergènes) Cet ensemble de techniques regroupées sous le terme de génie génétique a abouti à l obtention d organismes génétiquement modifié (OGM) permettant l acquisition de nouvelles propriétés que des techniques de croisement classiques n auraient pas permis. Doc : Obtention de riz dorée Parmi les PGM obtenues, certaines comme le riz voient leur qualité nutritionnelles améliorées, d autres leur résistance à des maladies accrues (pdt, melon ), d autres encore montrent des propriétés de tolérance à des conditions de culture difficile (résistance à la sécheresse ). L emploi de ces OGM pose différents types de problème : dissémination de ces gènes dans les espèces sauvages (transfert horizontal de gènes, hybridation), mis en place de résistance, Bilan Doc bilan p. 259