Cours : La plante domestiquée

L’origine des espèces cultivées

Les plantes sauvages ressemblent beaucoup à certaines espèces cultivées.

Exemple

Prenons l’exemple du blé qui est l’une des céréales les plus consommées dans le monde. Des recherches archéologiques ont permis de savoir que les premières cultures de blé proviennent probablement du Proche-Orient. Dans cette région, deux espèces sauvages, qui sont l’engraine sauvage et l’amidonnier sauvage, ressemblent fortement au blé que l’on connaît aujourd’hui.

Schéma d’un épi de blé

Comme on peut le voir sur le schéma, un épi de blé est composé d’un rachis, qui est l’axe de l’épi et de plusieurs épillets. Les épillets sont entourés par des glumes qui sont des enveloppes coriaces. Entre les glumes, on retrouve des grains qui sont enveloppés par des glumelles qui les protègent.

Ces deux espèces sauvages présentent la même organisation que le blé cultivé mais avec quelques différences :

• Chez les espèces sauvages, à maturité, les épis se détachent pour permettre la dispersion des épillets et donc des graines. C’est grâce à cette fragilité du rachis que la plante peut aller conquérir d’autres espaces.
• Les glumelles sont surmontées d’arrêtes sur les espèces sauvages ce qui leur permet de s’accrocher au pelage des animaux et donc de se disperser plus facilement.
• Enfin, les grains sont entourés de glumelles qui sont adhérentes. Cela laisse penser que leur consommation n’était pas aisée.

Les archéologues ont découvert qu’il y a 15000 ans, les hommes des régions du Moyen-Orient consommaient d’anciennes espèces du blé. Les premiers vestiges d’espèces de blé avec des rachis plus solides datent d’il y a 12000 ans. Ils ont également trouvé qu’au fil des années, les blés avaient des grains de plus en plus gros et des glumes et glumelles qui se détachaient plus aisément.

L’homme a donc modifié les espèces sauvages qu’il consommait, pour leur donner des caractères plus appropriés pour son utilisation. On appelle ce phénomène la domestication.

Définition

Domestication :

La domestication est le processus de sélection artificielle des caractères phénotypiques réalisés par l’homme à partir de plantes sauvages, qui est à l’origine des premières espèces cultivées.

D’une manière générale, les caractères préférés par l’homme sont des caractères défavorables pour la plante à la vie sauvage. On appelle syndrome de domestication la perte de ces caractères favorables à la vie sauvage induits par l’homme.

Il existe différents foyers de domestication dans le monde. Un foyer de domestication correspond à la zone géographique où les hommes ont domestiqué une plante sauvage. Par exemple, c’est en Amérique du Sud que la pomme de terre et le quinoa ont été domestiqués. Ces domestications ont eu lieu indépendamment dans une zone restreinte. Puis, à la faveur des migrations, les plantes se sont répandues à la surface de la Terre.

Les bases génétiques de la domestication

La domestication d’une espèce comme le blé est le résultat de la sélection par l’homme d’une espèce sauvage qui a des caractères qui l’intéressent. Les caractères des plantes sont déterminés par leur génome. Il y a donc une sélection génétique des plantes.

Voici un scénario possible de l’origine des blés cultivés :

Il y a deux espèces sauvages qui sont un engrain sauvage et un egilope. Il s’agit d’une hypothèse de scénario possible, les scientifiques ne connaissent pas la variété précise de l’egilope en question car elle n’existe sûrement plus aujourd’hui.
Ces deux espèces se sont croisées naturellement, ce qui a donné une espèce hybride qui est l’amidonnier sauvage.

Définition

Espèce hybride :

Une espèce hybride est un individu résultant du croisement de variétés différentes.

À retenir

Ces deux espèces sauvages sont haploïdes, c’est-à-dire qu’elles ne possèdent qu’un seul jeu de chromosomes. L’espèce hybride crée est elle diploïde, c’est-à-dire qu’elle possède deux jeux de chromosomes. Le dédoublement des chromosomes chez l’espèce hybride lui permet d’avoir des caractères phénotypiques issus de ses deux parents.

L’homme est ensuite intervenu et a commencé à cultiver et sélectionner l’amidonnier sauvage. Après plusieurs années de domestication, il a obtenu le blé dur qui est utilisé pour fabriquer la semoule par exemple. L’amidonnier sauvage est également à l’origine d’une espèce appelée amidonnier cultivé. L’amidonnier cultivé qui est diploïde a été croisé avec l’égilope rugueux qui est une espèce sauvage haploïde.
Ce croisement est à l’origine du blé tendre qui est triploïde c’est-à-dire qu’il possède trois jeux de chromosomes.

La sélection massale

Dans certains pays, les paysans produisent leurs semences. Ils gardent une partie de leurs récoltes, trient les graines, les nettoient et les stockent jusqu’aux prochains semis. Ils sélectionnent les épis ou les grains qu’ils jugeaient les plus intéressants. C’est la sélection massale ou sélection variétale. Les grains ou épis récoltés l’année suivante ont alors les caractères qui avaient été sélectionnés dans les semences. Autrefois en France, tous les paysans produisaient leurs semences, c’est aujourd’hui interdit.

Cette façon de sélection des semences est à l’origine de la diversité de variétés différentes pour une même espèce. En fonction des régions, les hommes n’ont pas privilégiés les mêmes caractères, que ce soit de par les conditions géo-climatiques ou les conditions sociales.

Exemple

• Prenons l’exemple du maïs aux États-Unis. On remarque que les variétés présentes au sud, et donc dans un climat chaud, ont besoin de plus de chaleur pour fleurir que les variétés situées au nord, et donc dans des conditions de températures plus fraîches.

• Un autre exemple est celui du chou. Les populations ont sélectionné des critères différents en fonction de leurs préférences. Ainsi, en France on a privilégié de beaux bourgeons terminaux et on a créé le chou vert alors que par exemple dans le sud de l’Italie, ils ont préféré privilégier les fleurs et les tiges et ils ont créé le chou-fleur.

• Il faut faire attention car lorsque l’on sélectionne une plante que l’on souhaite ressemer pour un critère particulier, on induit souvent d’autres changements non voulus. Par exemple, le chou vert contient beaucoup moins de vitamine C que le chou-fleur.

Les techniques de croisement

La compréhension de la reproduction des plantes et la découverte des lois génétiques par Mendel ont permis au cours du XX^e siècle de développer les techniques d’amélioration des plantes. C’est à partir de là que l’homme a commencé à créer de nouvelles variétés végétales par le croisement de variétés présentant des caractères intéressants.

En France, environ 4000 variétés de pommes différentes ont été répertoriées. Bien qu’il existe une grande variété de pommes, aujourd’hui, 93 % des pommes cultivées sont issues de variétés appelées élites. Ses variétés sont les plus productives et ont des pommes de belle présentation. Les variétés anciennes qui présentent aussi de nombreux atouts sont aujourd’hui en voie de disparition. En plus, des variétés élites comme la golden ont une résistance naturelle moins forte à certaines maladies que les variétés anciennes. En conséquence, les producteurs doivent faire jusqu’à 20 traitements par an.

Pour pallier ce problème, les chercheurs ont travaillé à la création d’une nouvelle variété appelée Ariane qui est résistante à la tavelure qui est une maladie due à des champignons. C’est alors qu’une variété de pommier chinois résistant à la tavelure a été découverte. Le problème est que cette variété donne de tous petits fruits immangeables. Pour obtenir une nouvelle variété qui a le gène contre la maladie mais qui présente de jolis fruits, il est nécessaire de réaliser des rétrocroisements :

• On commence par faire un croisement entre la variété résistante à la maladie, qui est la lignée donneuse, et la variété dite receveuse dont on veut tous les autres caractères.
• Cela donne des individus F1 qui auront reçu le gène qui permet d’être résistant à la maladie que l’on va nommer A et d’autres individus F1 qui n’auront pas reçu ce gène.
• Ces derniers sont mis de côté car ils ne nous intéressent pas. Les individus F1 qui ont reçu le gène A ont alors trop de caractères communs avec la lignée donneuse. Ce sont des caractères que l’on ne souhaite pas trouver dans notre nouvelle variété.
• Ces individus F1 sont donc croisés avec des individus de la lignée receveuse. Là encore, on obtient des pommiers F2 qui ne présentent pas le gène A et qui sont alors éliminés.
• Les autres individus F2 vont être croisés avec des individus de la lignée receveuse. Et ainsi de suite jusqu’à obtenir des pommiers qui sont porteurs du gène A et de la plupart des autres gènes de la lignée receveuse. C’est la création d’une nouvelle variété.

Le génie génétique

La technique des croisements permet de créer de nouvelles variétés mais il s’agit d’une technique très longue qui s’appuie sur la reproduction sexuée des plantes. Il n’est donc possible d’introduire que des caractères présents dans des lignées proches.

À retenir

Les techniques de génie génétique permettent de s’affranchir de la reproduction sexuée.

Définition

Génie génétique :

Le génie génétique correspond à un ensemble de techniques qui permettent de modifier le génome d’un organisme.
Un gène étranger appelé transgène est inséré dans le génome de l’espèce à améliorer. Un organisme génétiquement modifié appelé OGM est alors créé.

Ainsi, il est possible de créer une nouvelle variété qui possède un gène qui code pour un caractère initialement présent chez un autre végétal, une espèce animale ou une bactérie.

La première plante OGM commercialisée en 1995 est le maïs BT qui est un maïs produisant une protéine insecticide qui se défend seul contre un insecte ravageur : la pyrale. Seulement, ce maïs ne tue pas uniquement la pyrale mais aussi d’autres insectes comme des pollinisateurs ou des insectes dits auxiliaires qui sont des insectes ayant un effet bénéfique.

Toutefois, ce procédé a occasionné plusieurs problèmes, comme les insectes devenus résistants à l’insecticide, ou encore le transfert de gènes modifiés à d’autres variétés de plantes.

Voici le procédé de création d’un maïs OGM :

• À partir d’une bactérie possédant un gène intéressant, on procède à l’isolation du gène puis à l’intégration de l’ADN d’une cellule végétale ;
• Il y a division cellulaire et multiplication du nombre de cellules porteuses du gène ;
• Grâce à la propriété de totipotence des cellules, on obtient un pied de maïs.

Définition

Totipotence :

La totipotence est la faculté des cellules à se différencier en n’importe quelle cellule spécialisée.

Les techniques de génie génétique, bien que développées aux Etats-Unis, provoquent de nombreux débats car on ne connaît pas avec exactitude leur impact sur l’environnement et la santé humaine.