DM : GÉNÉTIQUE ET ÉVOLUTION : LA VIE FIXÉE CHEZ LES PLANTES CORRIGE Exercice 1 : La morphologie des roses Depuis les domestications des roses autour de la Méditerranée et en Chine il y a 5000 ans, l'homme a créé plus de 16 000 variétés de roses qui diffèrent entre elles et de leurs ancêtres sauvages notamment par leur nombre de pétales. À partir de l'exploitation des documents et de l'utilisation des connaissances, montrer que les différences de morphologie florale entre les roses résultent de différences d'expression des gènes de développement. Problème. Morphologie florale = forme de la fleur ; gènes de développement : gènes contrôlant la mise en place de l organisation de l organisme (ici la fleur, organe de reproduction et plus précisement les pétales pour cet exercice)) Document 1 : morphologie florale. Document 1a : aspect des fleurs Rosa gallica est une des espèces sauvages ressemblant aux ancêtres des roses cultivées "Variété cultivée 1" "Variété cultivée 2" 3 verticiles visibles : corolle, (5 Nombre de pétales ì pétales), androcée (étamines), gynécée (carpelles) Document 1b : nombre d'organes floraux Nombre de pétales ì ì Etamines? Carpelles? Les histogrammes représentent les moyennes obtenues à partir de 5 fleurs. Les barres noires représentent les intervalles de confiance Variété cultivée 2 Variété cultivée 1 Nombre d organes = P ì Eî Cì Sépales Pétales Etamines Carpelles Je vois que les variétés cultivées possèdent plus de pétales que la variété sauvage ( 5P)(E?, C?) chez la varièté cultivée 2, en comparaison avec la variété 1 le nombre de pétales est plus élevé (125 // 10) dans une moindre mesure le nombre de carpelles (80//50) ausi, tandis que celui des étamines diminue(140 à 70) (avec une grande variabilité) Je sais que la fleur est organisée en 4 verticilles : Calice (sépales), corolle (pétales), androcée (étamines : pièces mâles), gynécée (carpelles : pièces femelles), dont le nombre des différents organes est contrôlé, Ici, dans les variétés cultivées, les 4 (S?) sont présents mais le nombre de P >> : la selection humaine a favorisé le développement de la corolle (ornementation) Cette organisation est contrôlée par des gènes de développement, on peut donc imaginer que dans les variétés cultivées ces gènes ont subi des modifications (mutations?). Dans tous les cas les
gènes s expriments (verticiles présents) mais de façon différente, sur des territoires différents : corolle au détriment de l androcée : les pétales ont remplacés les étamines Document 2 : expression des gènes de développement floral et production des pièces florales L'organisation florale est contrôlée par des gènes de développement répartis en 3 classes (A, B et C) B B A C C A Sépales Pétales Étamines Carpelles Carpelles Etamines Pétales Sépales Vue schématique d'une fleur en développement vue de dessus L'expression des gènes de classe A seuls aboutit au développement des sépales. L'expression simultanée des gènes de classe A et B aboutit au développement des pétales. L'expression simultanée des gènes de classe B et C aboutit au développement des étamines. L'expression de gènes de classe C seuls aboutit au développement des carpelles. Les gènes de classe A et C s'excluent mutuellement : par exemple, si la zone d'expression des gènes de classe C est réduite, alors celle des gènes de classe A s'élargit. Je vois que 3 familles de gènes de développement interviennent sur des territoires précis. C est leur expression, seule ou conjointe qui détermine la mise en place des différents verticilles : A à pièces stériles (+/-B) C à pièces fertiles (+/-B) On peut donc en déduire que dans la variété cultivée 2, le territoire d expression du gène A (+Bà pétales) s est étendu au détriment du territoire d expression du gène C(+B)à étamines) Document 3 : expression du gène de développement floral de classe C On réalise des coupes de bourgeons de fleurs de Rosa gallica, "variété cultivée 1" et "Variété cultivée 2", à un stade où les gènes de développement floral s'expriment. Par une technique adaptée, on colore en foncé les zones où s'exprime le gène de développement de classe C (le gène de développement de classe A s'exprime donc dans la zone en clair). On voit ici le territoire d expression du gène C à pièces fertiles Et A à pièces stériles Coupe de bourgeon floral de Rosa gallica
Coupe de bourgeon floral de "Variété cultivée 1" Coupe de bourgeon floral de "Variété cultivée 2" Le territoire d expression du gène C ì dans la variété 1 et î dans la variété 2, tandis que le domaine d expression du gène A ì dans la variété 2 Notre hypothèse est confirmée, c est une modification d expression des gènes A ET/OU qui est responsable des différences de morphologie florale. Mise en relation : La morphologie des fleurs, organisées en 4 verticiles, dépend de l expression de 3 familles de gènes, A, B, C (doc2). Si ces gènes subissent des modification d activité (territoires d expression différents (doc3)) la morphologie de la fleur sera modifiée (doc 1), par exemple augmentation du nombre de pétales. Ces modifications (mutations?) ont été selectionnées par l homme pour l horticulture.
Exercice 2 : l efficacité de reproduction d une plante à fleurs. La plante de l espèce Gorteria diffusa possède des inflorescences présentant une grande variété d ornementation selon les individus. On étudie deux variétés, (même espèce) la forme «okiep» et la forme «spring». Chez cette espèce la reproduction se fait par pollinisation croisée (le pollen d une inflorescence doit se déposer sur une autre inflorescence). À partir de l exploitation des documents et de vos connaissances, expliquez comment la variété «spring» a une plus grande efficacité de reproduction que la variété «okiep». Problème Document 1 : Les inflorescences des deux variétés de Gorteria diffusa. Je vois que la variété "spring" a des tâches sombres plus importantes. on note que ces taches semblent ressembler à des insectes. Je sais que les insectes participent de façon importante à la pollinasation des plantes à fleurs Cette caractéristique a-t-elle un effet d attirance des insectes pollinisateurs? Document 2 : Visite des fleurs par les insectes de l espèce Megapalpus capensis. Document 2a : Insecte mâle de l espèce Megapalpus capensis visitant une fleur de la variété «spring». Document 2b : Type de visites des inflorescences par les mâles ou femelles de l insecte Megapalpus capensis. b- Je vois sur le diagramme que les insectes mâles visitent la variété "spring" et ont un comportement d accouplement sur la tâche sombre. Tandis qu ils visitent les fleurs okiep plutôt pour l alimentation Les femelles visitent les 2 fleurs, en majorité, pour l alimentation. Je sais que les insectes participent activement à la pollinisation des plantes à fleurs, ils sont attirés par l abondance de nectar et de pollen (alimentation) mais aussi par des adaptations mimétiques de la plantes (ressemblance avec le partenaire sexuel par exemple)
a- Je vois que la tache sombre ressemble en effet à l insecte, en visitant la tâche sombre l insecte se couvre de pollen (capturé par ses poils) Ces adaptations, en atirant les insectes, favorisent le transport du pollen qui s accroche aux insectes et permet la pollinisation croisée, source de diversité génétique. J en déduis que la variété «spring», qui attire plus les insectes mâles, va bénéficier du travail des insectes pour assurer sa pollinisation. Document 3 : Nombre d inflorescences recevant du pollen exporté d une autre inflorescence par les mâles ou femelles de Megapalpus capensis. Je vois que - les insectes mâles sont les principaux transporteurs de pollen - les variétés "spring" sont davantage visitées par les insectes pollinisateurs que les "okiep" Je sais que la pollinisation assure la fécondation des ovules des fleurs et la formation des graine (à reproduction) Je déduis de cette étude que la reproduction des variétés "spring" est plus efficace car les insectes mâles sont attirées par les tâches sombres présentes sur cette variété, en effet ils les confondent avec des insectes femelles. C est ainsi qu ils déposent le pollen sur ces inflorescences Mise en relation. La variété «spring» a une plus grande efficacité de reproduction car elle atire plus les insectes mâles (doc2b) qui sont leurés par une ressemblance des pétales avec les femelles (doc1). Or ce sont eux qui transportent le plus de pollen (doc3) et assurent ainsi la pollinisation croisée de l espèce, et ainsi l efficacité de la reproduction. La variété spring présente une adaptationplus efficace à la pollinisation par les insectes en attirant les meilleurs pollinisateurs.