Exercices La domestication des plantes
Prépare-toi à progresser en SVT avec ces exercices niveau Terminale : "La domestication des plantes". Conçu pour renforcer les notions clés vues en cours, cet entraînement te permet de t’exercer à ton rythme. Idéal pour réviser efficacement et gagner en confiance. À toi de jouer !
Entrainement
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Qu’est-ce que la sélection massale ?
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Qu’est-ce qu’une espèce hybride ?
Évaluation
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Introduction de l’activité :
Difficile à croire que les deux racines ci-dessous appartiennent à la même espèce : la carotte Daucus carota. D’un côté, elle est blanche, fine et rigide, et de l’autre orange, épaisse et plus tendre.
La racine de gauche appartient à une carotte dite « sauvage » alors que celle de droite appartient à une carotte dite « cultivée ». Les modifications des organismes peuvent être liées à la sélection naturelle, mais d’autres sélections existent. Au cours de l’Histoire, l’être humain a en effet exercé une force de sélection non négligeable.Document 1 : Le jeu des différences
Document 2 : Sélection naturelle vs sélection artificielle
a. La sélection naturelle
Formalisée par Charles Darwin, la sélection naturelle désigne la sélection aléatoire des mutations des individus selon qu’elles apportent un avantage pour la survie ou non. Une mutation avantageuse verra sa fréquence augmenter dans la population car les individus porteurs ont plus de chance de survivre et de se reproduire, alors qu’une mutation désavantageuse diminuera dans la population car les individus porteurs ont moins de chance de survivre et de se reproduire.
Ces différentes populations de pinsons ont subi une sélection des formes de leur bec provoquée par le type de nourriture présent sur l’île où chacun de ces pinsons vit. Des graines rigides ont favorisé la survie des porteurs de becs puissants alors que sur une autre île la présence d’insectes a favorisé les porteurs d’un bec fin et étroit.
b. La sélection artificielle
La sélection artificielle est le principe par lequel un agent extérieur choisit délibérément de reproduire deux organismes dont les caractéristiques l’intéressent. Les descendants pourront progressivement hériter des caractéristiques recherchées.
© Mary Bloom, American Kennel Club (CC BY-SA 4.0)
Les races de chiens sont un exemple de sélection artificielle. Docilité, agressivité, apparence ou encore taille ont été volontairement sélectionnées pour la reproduction, modifiant progressivement les descendants.
Document 3 : Mise en évidence des caractéristiques des carottes cultivées
La comparaison entre une carotte sauvage et une carotte cultivée montre des différences qui sautent aux yeux : couleur, épaisseur, tendreté.
En effet, les carotènes sont des pigments orangés largement répandus dans le monde végétal : on les trouve notamment dans les aliments comme le chou et les oranges. Ils jouent un rôle essentiel dans la photosynthèse en captant l’énergie lumineuse dans les longueurs d’onde qui ne sont pas captées efficacement par la chlorophylle.
Par ailleurs, on retrouve le cambium qui est un tissu secondaire formant une couche de cellules rigides : on parle de bois. Les cellules de ce tissu se caractérisent par leur abondance en lignine, un polypeptide qui assure à la racine ou à la tige le soutien, la protection et la solidité nécessaire. Cependant, la lignine les rend ces éléments aussi très résistants et peu agréables à la mastication.🧪 Démarche expérimentale : Origine de la couleur de la carotte cultivée, réalisation de chromatographies 📝
Astuce :
Pour en savoir plus sur la chromatographie, vous pouvez consulter les étapes de réalisation détaillées de la chromatographie sur couche mince (CCM).Matériel :
- carottes cultivées orange
- carottes sauvages blanches
- agitateur
- papier Wattman
- règle
- crayon à papier
- feutre effaçable
- chronomètre
- 1 éprouvette
- 1 bouchon avec un crochet de suspension
- 1 cache noir pour recouvrir l’éprouvette
- solvant à chromatographie
Protocole :
1. Préparer l’éprouvette 5 minutes à l’avance pour saturer son atmosphère en solvant.
2. Écraser une coupe fine transversale de la racine de carotte sur le papier Wattman avec un agitateur.
3. Répéter l’opération jusqu’à obtenir un dépôt plus concentré.
4. Durée de la migration : environ 30 minutes.🧪 Démarche expérimentale : Origine de la tendreté de la carotte cultivée, est de la présence de cambium 📝
Matériel :
- carottes cultivées orange
- carottes sauvages blanches
- lames de rasoir ou scalpel
- solution de phloroglucine (composé aromatique) à 2 %
- béchers de 50 mL
- pinces longues
- lunettes, gants
- solution d’acide chlorhydrique
⚠️ Port de la blouse, de gants et de lunettes de protection obligatoires 🧑🔬
Protocole :
1. Couper finement la carotte pour obtenir des rondelles de 2 à 3 mm d’épaisseur.
2. Plonger ces coupes environ 20 minutes dans la solution de phloroglucine.
3. Les plonger ensuite 5 minutes dans l’acide chlorhydrique.Document 4 : De belles carottes orange et tendres, mais pour qui ?
Les origines de la carotte cultivée suscitent encore des débats, mais les hypothèses les plus solides parlent de l’Asie mineure (Turquie) et de l’Asie centrale (Kazakhstan, Kirghizstan, Tadjikistan, Turkménistan, Ouzbékistan) il y a 4 000 à 5 000 ans. Des graines trouvées dans des habitations préhistoriques en Asie et en Europe laissent penser qu’à l’origine, la plante était utilisée comme épice ou remède médicinal, et non cultivée pour sa racine.
Selon des textes datant du Xe siècle retrouvés en Asie centrale, les carottes cultivées pour leurs racines étaient initialement de couleur pourpre, puis jaune. Ce n’est qu’au XVIe siècle que les agriculteurs néerlandais ont développé une variété légèrement orange, dans le but de faire un cadeau au prince d’Orange et lui prouver fidélité, car le prince d’Orange faisait partie de la famille régnante aux Pays-Bas.En effet, la couleur orange avait initialement un intérêt esthétique, car elle rappelait les couleurs de la famille royale. De plus, elle rendait les carottes plus attrayantes dans l’alimentation : contrairement aux carottes jaunes ou rouges qui perdaient une partie de leur couleur lors de la cuisson, les carottes orange ne libéraient pas de pigments solubles dans l’eau. Ces variétés plus tendres étaient aussi plus agréables à mâcher, même crues.
Il faudra attendre bien plus tard pour que l’on découvre un autre avantage lié à la couleur orange. De fait, l’organisme peut transformer certains caroténoïdes de végétaux en vitamine A, avec le bêta-carotène étant de loin la plus importante de ces provitamines A. La vitamine A est un nutriment essentiel au maintien de la santé oculaire, et une carence en vitamine A est responsable de la cécité de nombreux enfants dans le monde. Près d’un quart des décès et 30 % des cas de cécité sont dus à cette carence.Document 5 : La sélection artificielle des gènes d’intérêt de la carotte
a. Voie simplifiée de biosynthèse des caroténoïdes
b. Présence de l’enzyme PSY chez différentes carottes (test de Western blot)
c. Taux d’expression des gènes codant pour la synthèse de l’enzyme PSY
d. La régulation de l’expression des gènes
La régulation de l’expression génique s’opère à de multiples niveaux, et l’un des processus majeurs de régulation est assuré par les facteurs de transcription qui sont les protéines capables de se fixer directement au niveau de certaines régions de l’ADN, appelées « séquences régulatrices ». À ce niveau, ces facteurs de transcriptions ouvrent la double hélice de l’ADN pour permettre la transcription, donc la production d’une protéine est initiée, à partir de cette séquence.
Ainsi, une mutation, en affectant la séquence régulatrice d’un gène, peut modifier l’expression de ce gène sans modifier la séquence du gène lui-même.Document 6 : La tomate, un autre exemple de plante domestiquée pour ses vertus
La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante appartenant à la famille des Solanacées. Il existe plusieurs espèces sauvages apparentées à la tomate qui se croisent plus ou moins aisément.
©Jmh2o (CC BY-SA 3.0)
QUESTION
En se basant sur les exemples développés dans le document 1, déterminez chez les plantes cultivées quels sont les organes qui diffèrent de la plante sauvage et proposez une hypothèse sur l’origine de ces différences. Pour cela :
1. Mettez en évidence l’organe qui diffère et la nature de la différence.
2. Pour chaque plante, indiquez « la partie consommée par l’être humain ».
3. Faites le lien entre les deux constats pour faire émerger un problème scientifique et proposez une hypothèse les reliant. - 1/4
Introduction de l’activité :
La pomme est sans conteste l’un des fruits les plus communs. Mais malgré sa grande banalité, la diversité des variétés de ce fruit est immense. Il existerait plus de 7 000 variétés de pommes cultivées à travers le monde : sucrée, acidulée, ferme, juteuse, croquante… les caractéristiques sont nombreuses.
©Cjp24 (CC BY-SA 4.0)
Mais la sélection artificielle n’a pas que des avantages : la tavelure du pommier est une maladie provoquée par un champignon. Elle entraîne des lésions noires ou brunes à la surface des feuilles ou des fruits. Rarement mortelle pour l’arbre, la maladie peut néanmoins réduire drastiquement la production de fruit (jusqu’à 100 %).
Les études montrent que la tavelure attaque beaucoup plus certaines variétés cultivées en comparaison avec les variétés anciennes ou sauvages.Document 1 : La sélection artificielle à l’origine de la diversité des choux
a. La diversité des choux à partir de la variété sauvage
b. Répartition de la variété sauvage du chou et de plusieurs variétés cultivées
c. La sélection artificielle du chou par l’être humain : une domestication pour le meilleur et pour le pire
Le chou sauvage a un goût très amer, contrairement aux variétés cultivées. Son amertume est liée à des toxines végétales amères dissuasives pour beaucoup d’herbivores. La sélection de la forme moins amère a rendu les choux plus digestes pour l’être humain… mais aussi pour bien d’autres organismes (chenilles, pucerons…).
Les traitements insecticides ont donc été rendus nécessaires par cette sélection artificielle.Lors de la mastication ou de l’utilisation de couverts, les membranes cellulaires du chou sont rompues et le glucosinolate contenu dans la vacuole est hydrolysé par l’enzyme myrosinase en sulforaphane, un composé soufré à l’origine de l’amertume.
Document 2 : Mise en évidence expérimentale des caractéristiques phénotypiques sélectionnées chez les tomates
Comme son nom ne l’indique pas, la tomate groseille (Solanum pimpinellifolium) n’appartient pas à la même espèce que les tomates cultivées (Solanum lycopersicum L.). Mais elle intéresse cependant beaucoup de chercheurs car la tomate groseille, originaire du Pérou, pourrait avoir participé, par des croisements, à l’origine de nos tomates.
©Botaniske forening i København.; Dansk botanisk forening (CC BY 2.0)
🧪 Démarche expérimentale : 📝
Démarche :
Comparaison de structures de différents fruits de tomates avec celles des tomates groseille.Matériel :
- tomate groseille
- tomate roma
- tomate cœur de bœuf
Protocole :
1. Réaliser une coupe transversale des fruits fournies
2. Comparer la masse (du fruit entier) et le nombre de loges. (La teneur en sucres, mesurée par un réfractomètre, est fournie.)Données d’une tomate groseille :
- Masse : 10 g
- Nombre de loges : 2
- Teneur en sucres : 6,5 °Bx
Données d’une tomate « cœur de bœuf » :
- Masse : 200 à 700 g
- Nombre de loges : + de 10
- Teneur en sucres : 9 °Bx
Données d’une tomate « roma » :
- Masse : 60 à 70 g
- Nombre de loges : 2
- Teneur en sucres : 5 °Bx
Astuce :
La Brix (°Bx) représente la densité et la concentration en sucres.Document 3 : Goulot d’étranglement et syndrome de domestication : les dérives de la domestication des plantes
a. La domestication, un goulot d’étranglement génétique
Dans l’Histoire, il existe de nombreux exemples de destruction de récoltes dues à des parasites, des champignons ou encore des aléas climatiques. Au XIXe siècle, en Irlande par exemple, la récolte de pommes de terre a été détruite par un champignon, ou encore en France, le Mildiou (champignon) a ravagé des vignes entières. Les variétés sauvages de ces plantes cultivées ne sont pas toutes affectées au même degré par ces destructions. En effet, la domestication provoque inévitablement une baisse importante de la diversité génétique de l’espèce. De même, lorsque les variétés de pays sont remplacées par des cultivars (variétés de plantes obtenues par sélection), la diversité génétique s’érode encore.
b. Le syndrome de domestication
Le syndrome de domestication désigne l’ensemble des modifications entre une plante cultivée et sa variété sauvage. Au fil du processus de sélection artificielle, les plantes cultivées perdent souvent des caractéristiques nécessaires à leur survie en milieu sauvage. Les êtres humains doivent alors compenser ces faiblesses par différents traitements possibles : irrigation, insecticides, protection au froid, etc.
Exemples de syndrome de domestication rencontré chez le blé
Document 4 : L’affaiblissement immunitaire des plantes domestiquées
a. Pas de quoi garder la banane !
Originaires de bananiers sauvages de Papouasie (Océanie), les bananiers modernes sont aujourd’hui cultivés dans toutes les régions tropicales.
Les bananiers comestibles sont stériles car ils ne font pas de graine, ils doivent donc être bouturés.
Le Fusarium oxysporum est un champignon du sol qui provoque la maladie dite « de Panama ». Il remonte par le système racinaire, se développe dans l’ensemble des organes de la plante jusqu’à la tuer.
La variété de banane appelée « Gros Michel », qui dominait le marché dans les années 1960, a été victime de la souche TR1 de ce champignon. À la suite de l’effondrement de la production, elle a été remplacée par une autre variété dite « Grande Naine Cavendish » résistante à TR1. En 1990, des chercheurs ont identifié en Asie du Sud-Est des bananiers Cavendish atteints par une nouvelle souche TR4.b. La menace du doryphore
Le doryphore est un insecte coléoptère dont les larves se nourrissent de plantes de la famille des Solanacées, comme les tomates ou les pommes de terre.
Comme moyen de défense, les plantes sauvages possèdent des poils sur les feuilles ou les tiges sur lesquels on peut détecter du méthylcétone-2-tridécanone, une molécule toxique pour les larves de doryphore.
QUESTION
À l’aide du document 1, montrez que l’apparition de nouvelles formes de choux correspond à une réponse aux contraintes environnementales et humaines, et que ces nouvelles formes contribuent à une augmentation de la biodiversité qui ne va pas sans des conséquences inquiétantes à moyen et long terme. Pour cela :
1. construisez un tableau précisant pour chaque chou l’organe d’intérêt développé et les caractéristiques écologiques ;
2. mettez en relation les informations apportées par le document 1-a et 1-b afin d’expliquer l’existence de cette diversité de choux ;
3. justifiez, à partir de cet exemple, que la sélection artificielle est à l’origine d’une certaine biodiversité mais que celle-ci peut être menacée à moyen ou long terme. - 1/5
Introduction de l’activité :
Qui n’a pas rêvé de pouvoir consommer tranquillement son raisin sans être gêné en croquant un des pépins ?
Ce rêve a été réalisé avec la création de variétés de raisins apyrènes, c’est-à-dire sans pépin. Ce raisin provient de sélections et de croisements entre différentes variétés, visant à réduire les pépins à un point tel qu’ils deviennent quasiment imperceptibles. Un exemple concret de ce processus est la variété Danuta, élaborée par l’INRA (Institut national de recherche agronomique, maintenant INRAE) dans les années 2000 grâce au croisement du raisin de Corinthe (caractérisé par de petits grains et des pépins très réduits) avec le dattier de Beyrouth.©Glane23 (CC BY-SA 3.0)
Document 1 : Une première méthode de sélection artificielle : l’empirisme
Derrière la céréale « blé », se cache une vingtaine d’espèces ou sous-espèces différentes appartenant au genre Triticum. Les ancêtres sauvages du blé, comme l’égilope, ont intéressé les populations humaines depuis très longtemps. La domestication du blé remonte quant à elle à environ 10 000 ans, avec le début de l’agriculture.
Les humains ont, volontairement ou non, choisi des caractères phénotypiques qui leur étaient avantageux. Jusqu’au XIXe siècle, cette méthode était employée par tous les agriculteurs afin d’influencer l’évolution des espèces cultivées, c’est ce qu’on appelle l’empirisme.
Les histogrammes ci-dessous illustrent un exemple de sélection empirique de grains de blé durant laquelle l’agriculteur cherche à obtenir des graines plus lourdes chaque année.Document 2 : L’hybridation comme moteur de diversité phénotypique
a. Portraits de famille du blé
b. Le mécanisme d’hybridation
La plupart des plantes et des animaux possèdent deux jeux de chromosomes dans leurs cellules, ce sont des individus diploïdes. Dans certaines conditions, ce nombre de jeux de chromosomes peut augmenter en intégrant des génomes supplémentaires lors de croisements entre espèces, c’est la polyploïdie. En effet, bien que les croisements entre espèces différentes soient rares chez les animaux, les plantes présentent une plus grande tolérance à ce processus. La polyploïdie joue un rôle essentiel dans l’évolution des plantes, contribuant à la diversification et à la création de variabilité génétique. La plupart des plantes cultivées sont d’ailleurs des polyploïdes, comme le colza, le blé, la pomme de terre, le tabac, pour n’en citer que quelques-unes.
c. De l’hybridation à la spéciation
Par définition, un individu ne peut pas se reproduire avec un individu d’une autre espèce (la descendance sera alors stérile). Comme le montre le schéma ci-dessous : si 2 gamètes haploïdes fusionnent au cours de la fécondation, les chromosomes seront toujours en 1 seul exemplaire. Alors si cet être vivant survit, il sera forcément stérile car la fécondation sera impossible : la cellule est déjà haploïde !
Cependant, chez les plantes, l’hybridation est possible. Voici deux scénarios possibles :
- La méiose peut dysfonctionner, produisant non pas 4 cellules haploïdes attendues, mais des cellules diploïdes. Ce phénomène résulte d’une mauvaise séparation des chromosomes, lesquels sont mal répartis lors des divisions cellulaires. Dans ce cas, la fécondation avec de tels gamètes donnera naissance à une cellule-œuf tétraploïde. Il semble que ce mécanisme ait joué un rôle dans l’évolution des variétés de blé.
- L’autre possibilité est la formation d’un organisme tétraploïde stérile. Cependant, les végétaux ont la capacité de se reproduire de manière asexuée. Au fil du temps, l’un de ces organismes peut acquérir, par le biais d’une mutation, un doublement de son lot de chromosomes. Cela marque la naissance d’une nouvelle espèce, un processus clé dans leur évolution.
Dans de vastes zones où différentes espèces de blé cohabitent, il est possible que des hybridations se produisent. Les hybrides de première génération issus de ces croisements sont stériles. Mais, au fil des générations, on aperçoit l’apparition d’hybrides fertiles dans la population. Ceci est le résultat de la polyploïdisation, un processus qui se produit de manière aléatoire. Ces hybrides fertiles ne peuvent plus se reproduire avec leurs parents, en raison de leur polyploïdie, créant ainsi un isolement reproducteur malgré leur cohabitation. En conséquence, une spéciation survient en quelques générations !
Document 3 : Et si les humains donnaient un coup de main au hasard de la génétique ?
La découverte du support et des mécanismes de l’expression génétique, au siècle dernier, a ouvert la voie à une plus grande maîtrise des croisements en vue de générer de nouvelles variétés de plantes cultivées. On parle d’hybridation dirigée.
Des agronomes disposent de deux variétés de tomates :
- la tomate cœur de bœuf : gros fruits riches en sucres mais sensible à une maladie (le virus de la mosaïque) provoquant une décoloration des feuilles et affaiblissant largement la plante ;
- la tomate ronde : petits fruits et résistante au virus de la mosaïque.
Il est demandé aux agronomes de générer une nouvelle variété de tomates capables de donner de gros fruits sucrés et d’être résistante au virus de la mosaïque. Ce virus provoque des dégâts sérieux comme un ralentissement de la croissance de la plante, des anomalies de coloration sur les feuilles, des marbrures ou encore la chute de fleurs.
a. La sélection généalogique
L’hybridation classique implique le croisement d’individus identifiés comme étant de lignée pure et présentant des caractères intéressants. Ce processus implique des pollinisations manuelles :
1. la lignée parentale choisie comme femelle, appelée le « porte–graine », doit être castrée par ablation des anthères de la fleur (de l’épi dans le cas du blé) ;
2. le pollen de la variété choisie mâle est appliqué à l’aide d’un pinceau sur le stigmate de la variété femelle. Il est important que les périodes de floraison des deux variétés soient synchronisées pour que cela fonctionne correctement.Ensuite, les graines issues de ce croisement sont récoltées pour donner naissance à des plantes de la génération F1. Toutes les plantes F1 sont semblables, et réunissent les deux génomes des parents et ne peuvent faire l’objet d’une sélection. Les graines issues de la génération F2, produites par autofécondation des plantes de la génération F1, vont recombiner de façon diverses les caractères hérités des parents.
C’est dans la génération F2 que la diversité éclate offrant une large palette de phénotypes. Parmi cette diversité, des phénotypes présentant les caractères souhaités des parents initiaux sont sélectionnés.
En utilisant l’autofécondation, on obtient des générations successives dans lesquelles seront sélectionnées, à chaque fois, les plantes de phénotype recherché. Cette méthode de sélection généalogique permet d’aboutir à une variété de lignée pure avec les caractères recherchés en environ 10 ans. Elle a permis de créer les principales variétés de blé commercialisées et continue d’être largement employée.b. Réalisation des croisements nécessaires
Pour la réalisation du croisement, les agronomes suivent les conventions d’écriture suivantes :
Soit 2 gènes indépendants responsables des caractères étudiés :
- le gène F, impliqué dans la détermination de la taille du fruit, possède deux allèles F pour la version gros fruit et deux allèle f (dominant) pour la version petit fruit ;
- le gène R, impliqué dans la résistance au virus de la mosaïque, possède deux allèles R (dominant) pour la version résistante et deux allèle r pour la version sensible.
On estime que les deux souches de tomates (A pour la tomate cœur de bœuf et B pour la tomate ronde) étudiées dans cette région sont de lignées pures.
Rappel
Rappel des conventions de réalisation d’un croisement génétique
Document 4 : Les biotechnologies à l’origine de la création de nouvelles variétés
a. La modification des génomes : la technique de transgénèse
Le maïs est sensible à la chenille d’un papillon : la pyrale du maïs.
Après leur éclosion, les larves de cet insecte, se présentant sous forme de chenilles, se nourrissent de la moelle des tiges, ce qui peut provoquer la fragilité et la cassure de ces dernières. De nombreuses plantations sont victimes de ce ravageur capable de détruire toute une récolte.Cependant, la bactérie Bacillus Thuringiensis est capable de produire une protéine toxique contre l’insecte, un véritable insecticide. Cette protéine dépend du gène Bt qui intéresse fortement les chercheurs qui aimeraient rendre le maïs capable de produire lui-même cette protéine Bt. En effet, si une hybridation n’est évidemment pas possible entre le maïs et la bactérie, le fait que l’ADN soit une molécule universelle rend possible le transfert de ce gène de la bactérie vers le maïs, ce qui aurait pour effet de modifier génétiquement le maïs. On parle d’OGM : organisme génétiquement modifié.
b. La génétique de précision : l’édition génomique
Depuis les années 2000, de nouvelles techniques de génie génétique ont émergé, visant à modifier directement la plante de manière ciblée en modulant l’expression d’un gène préexistant ou en implantant un gène d’intérêt. Ces techniques sont regroupées sous le terme « NBT » pour « new breeding techniques » (nouvelles techniques de sélection des plantes). Contrairement à la transgénèse, il n’y a pas nécessairement d’ajout d’un gène complet issu d’autres espèces.
Les glycoalcaloïdes sont des composés contenant de l’azote. Ils sont naturellement présents dans certaines plantes dont celles de la famille des solanacées telles que la pomme de terre et la tomate. À haute concentration, ils peuvent être toxiques pour les êtres humains. L’objectif est donc d’éditer de nouvelles variétés de pommes de terre moins riches en glycoalcaloïdes.
Remarque : États des lieux et réglementation sur les OGM
Le fait de modifier génétiquement un organisme vivant n’est pas neutre. Ainsi, le débat existe toujours sur l’autorisation de la diffusion de cette technique. Même si de nombreux OGM sont autorisés en importation, la culture de ces OGM est interdite en France depuis 2008.
En Europe, seul le maïs MON 810 (maïs produisant la protéine Bt) est autorisé à la culture commerciale. De nombreux pays, dont la France, ont interdit cette culture sur leur territoire.
En revanche, de nombreux OGM sont autorisés à l’importation en Europe. En 2021, 78 variétés végétales peuvent entrer en Europe. Elles sont essentiellement destinées à l’alimentation du bétail.Source : Les organismes génétiquement modifiés (OGM), ministère de la Transition écologique et de la cohésion des territoires, ministère de la transition écologique
Document 5 : Débats autour des nouvelles techniques de modifications génétiques
Le nombre important de réglementations encadrant les OGM reflète le débat en cours entre les partisans et les opposants de ces techniques.
Peu d’études confirment ou infirment l’innocuité ou le danger de ces techniques. Le principe de précaution, inscrit dans la loi, est donc souvent invoqué.Avantages à l’utilisation d’OGM Inconvénients à l’utilisation d’OGM Permet de rendre des plantes résistantes à des herbicides facilitant le désherbage par épandage d’herbicides. Seule la plante modifiée résistera. Utilisation plus importante d’herbicides car la plante cultivée est résistante. Apparition de plantes adventices (mauvaises herbes) résistantes à l’herbicide par sélection naturelle
Permet de rendre des plantes résistantes à des insectes ravageurs comme la pyrale du maïs ou les doryphores. Innocuité de la molécule non démontrée. Risque de pollution génétique de l’environnement par dissémination des gènes modifiés dans l’environnement ou par hybridation.
Permet de rendre les plantes plus résistantes à la sécheresse. Innocuité non démontrée. Risque de pollution génétique.
Permet de rendre des plantes résistantes à une plus grande teneur en sel du sol dans des zones où la montée de la mer menacerait des terres. Innocuité non démontrée. Risque de pollution génétique.
QUESTION
Après avoir fait une recherche sur internet pour définir ce qu’est l’empirisme, expliquez à l’aide du document 1 comment cette technique a-t-elle été utilisée dans l’amélioration de certaines caractéristiques recherchées chez les plantes. Ce type de sélection est-il reproductible indéfiniment ?
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Introduction de l’activité :
La domestication des plantes est un phénomène mondial. Depuis l’invention de l’agriculture il y a environ 10 000 ans des générations et des générations de plantes ont été croisées, sélectionnées, modifiées, dispersées dans le monde. Mais cela n’est pas sans conséquence sur ces plantes, sur nous et sur l’environnement au sens large.
Document 1 : Une sélection artificielle des plantes entraîne aussi une sélection des génomes humains
a. L’amidon, une molécule énergétique omniprésente
L’amidon est un polymère de glucose, c’est-à-dire un glucide de réserve trouvé chez les végétaux et formé d’un grand nombre de molécules de glucose liées entre elles. On en trouve dans les céréales, le pain, la semoule, les légumes secs, les pommes de terre, etc.
Son utilisation par l’être humain implique l’intervention d’une enzyme, l’amylase qui catalyse l’hydrolyse des liaisons de l’amidon libérant ainsi des molécules de glucose utilisables par l’organisme. L’amylase dépend, comme toutes les protéines, d’un gène.b. Relation entre le nombre de copies du gènes AMY1 et la quantité d’amylase
Des échantillons salivaires de plusieurs individus ont été analysés afin de mesurer la quantité d’amylase dans la salive et le nombre de copies du gène AMY1 (amylase) présent dans le génome de l’individu.
c. Relation entre le régime alimentaire d’une population et le nombre de copies du gène AMY1
Le nombre de copies du gène AMY1 est déterminé dans différentes populations ayant des régimes alimentaires différents :
- populations ayant un régime riche en amidon (maïs, blé, riz, pommes de terre) ;
- populations ayant un régime pauvre en amidon (chasseurs-cueilleurs africains, pêcheurs asiatiques).
Document 2 : La domestication des plantes et le syndrome de fragilisation
a. Évolution de la diversité allélique chez une plante au cours de sa domestication : l’exemple du blé
b. Le brassage avec des variétés anciennes, un mécanisme fondamental de préservation de la diversité génétique
Le mildiou (Phytophtora infestans) est un champignon pathogène parasitant de nombreuses plantes, y compris la pomme de terre, où il s’attaque aux feuilles et aux tubercules. Ce champignon a eu des conséquences dramatiques, notamment en déclenchant la grande famine en Irlande à partir de 1852. Il a dévasté une grande partie des cultures de pommes de terre, principale culture irlandaise à cette époque.
À l’époque, la dépendance vis-à-vis d’une seule variété de pommes de terre a été mise en lumière de manière douloureuse, car cette variété s’est avérée être sensible au champignon. En revanche, d’autres variétés plus anciennes ou sauvages ont montré une résistance au mildiou.Document 3 : La réponse des insectes aux maïs Bt (OGM)
La transgénèse a permis de créer du maïs génétiquement modifié capable de produire une protéine, appelée protéine Bt, qui est toxique pour la chenille de la pyrale du maïs. Cette chenille est en effet responsable de la destruction de récoltes de maïs en se nourrissant de la moelle des tiges. Le gène Bt, issue initialement d’une bactérie, Bacillus Thuringiensis, a été transféré au génome de cette nouvelle variété de maïs.
Le non-respect des exigences de refuge favorise une multiplication des populations résistantes.
1. Dans toute population d’insectes, il existe naturellement quelques individus qui présentant une résistance innée au caractère Bt.
2. Lorsque du maïs Bt est introduit pour la première fois, la grande majorité des individus de la population d’insectes sont contrôlés.
3. Cependant, les quelques rares survivants une résistance au caractère Bt. Si ces individus résistants se multiplient entre eux, ils engendreront une nouvelle génération d’insectes résistants.Refuge :
C’est une portion de culture non modifiée. La chenille peut-on se nourrir, vivre, se reproduire sans être menacée par la protéine Bt ce qui permet de maintenir leur sensibilité à cette protéine.Document 4 : La culture du manioc et le danger d’une sélection mal maîtrisée
Le manioc est un tubercule très cultivé et consommé en Afrique, Asie et Amérique du Sud et Centrale. Comme beaucoup de « plantes-racines », celles-ci sont particulièrement riches en cyanure, une molécule toxique, stratégie retenue par la sélection naturelle comme moyens de défense contre les prédateurs du sol ou même de petits mammifères comme l’agouti.
Les plants de manioc sont particulièrement riches en linamarine, un précurseur qui devient de l’acide cyanhydrique ($HCN$, cyanure d’hydrogène) sous l’action d’une enzyme activée lorsque les cellules sont rompues.
La dose mortelle d’acide cyanhydrique pour un humain est comprise entre 0,5 à 3,5 mg/kg, soit entre 35 et 245 mg seulement.
Ainsi, depuis toujours, les consommateurs de manioc utilisent différents traitements pour réduire cette teneur en cyanure : déshydratation, fermentation, cuisson, etc.Traditionnellement, les agriculteurs amazoniens ou de Madagascar utilisent une méthode de protection pour leurs cultures de manioc. Ils créent une « barrière » en plantant une variété de manioc riche en cyanure autour de leur culture principale pour dissuader les agoutis, les termites et d’autres prédateurs.
Des tentatives ont été faites pour développer des variétés de manioc avec une teneur en linamarine réduite, voire sans linamarine du tout. Cependant, ces essais ont été abandonnés car les prédateurs infligent des dégâts considérables aux cultures.QUESTION
À l’aide de l’exemple développé dans le document 1, montrez que la sélection artificielle n’a pas seulement de conséquences sur la plante elle-même mais aussi sur les sélectionneurs eux-mêmes, les humains.