GENETIQUE ET EVOLUTION

CHAPITRE 11 : La plante domestiquée

Source : http://www.cndp.fr/crdp-reims/cddp10/ressources/mediatheque/dossiers/tomates/tomates.htm

Ces tomates "hors-sol" sont cultivées toute l'année avec un rendement exceptionnel dans des serres chauffées où tous les paramètres sont finement contrôlés.

Découverte par Christophe Colomb en Amérique du Sud au XVe siècle alors qu’il pensait avoir trouvé la route des Indes, la tomate était cultivée par les Incas de la région andine et n’était alors pas plus grosse que notre tomate cerise. La tomate arrive en Europe un siècle plus tard et s’implante en Espagne et à Naples. Ronde, rouge ou jaune, elle est baptisée pomodoro, « pomme d’or » ou « pomme d’amour ». Considérée comme un produit vénéneux, elle reste une simple plante ornementale pendant trois siècles. C’est au milieu du XVIIIème siècle que l’on découvre ses vertus de légume fruit. La tomate est alors sur toutes les tables du Sud de l’Europe. Depuis son introduction en Europe, la tomate, comme beaucoup d'autres plantes comestibles, a bien changé!

Pb : Quelle est l'origine de la diversité des variétés de plantes cultivées aujourd'hui ?

I- La domestication des plantes sauvages

1- Les premières plantes cultivées

Manuel Bordas p262

L'histoire du maïs est étroitement liée à celle de l'humanité. Grâce au travail de l'homme, cette plante a évolué et son aire de culture s'est développée.

Le maïs résulterait de la domestication du téosinte par l'homme.

Le téosinte, proche génétiquement du maïs, est cependant différent sur le plan morphologique. Le téosinte présente un tallage abondant, un épi de petite taille et une sensibilité à l'égrenage.

Les premiers maïs, datés de - 7 000 ans, ont été découverts au centre du Mexique. Les civilisations indiennes ont effectué sa domestication. Un épi de maïs mesurait alors environ 2,5 cm et les rendements supposés atteignaient 0,12 t/ha.

Les caravelles des conquistadors apportent le maïs dans le sud de l'Europe, où il se développe en populations adaptées à chaque terroir. Avec la redécouverte des lois de Mendel à la fin du 19e siècle et la mise en évidence du phénomène d'hybridation au début du 20e siècle, naît la sélection des plantes, telle que nous la connaissons aujourd'hui.

Source : http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-histoire-selection.html

Les blés forment un complexe où de nombreuses espèces ont été dénommées. Les botanistes ont eu longtemps tendance à donner un nom d'espèce à chaque variant morphologique.

Depuis le début du XXe siècle, les blés ont fait l'objet de nombreuses études cytogénétiques, et l'on sait maintenant qu'ils se classent dans une série polyploïde (cf. généalogie). Ils diffèrent par leur nombre de chromosomes et par la constitution de leur génome.

Certains sont diploïdes (2n = 14) et partagent le génome appelé AA.

D'autres sont tétraploïdes (4n = 14 + 14) et de formule AABB.

Un groupe est hexaploïde (6n = 14 + 14 +14) et de formule AABBDD.

Enfin, des blés endémiques de Georgie forment une série parallèle, avec les génomes AAGG et AAAAGG.

Source : http://www.museum.agropolis.fr/pages/expos/egypte/fr/cereales/index_bles.htm

C'est au Néolithique (vers -10000 ans) que l'Homme, bénéficiant d'un réchauffement climatique, a commencé à se sédentariser et à cultiver les terres.

Par le jeu de la dérive génétique mais surtout de la sélection naturelle liée aux pratiques culturales, les plantes domestiques se sont peu à peu éloignées génétiquement de leur ancêtre sauvage. Les caractères sélectionnés par les agriculteurs ne sont pas toujours les caractères favorables à la plante : les blés durs (4n) ou tendres (6n) sont incapables de se resemer seul dans la nature.

Remarque : le réchauffment climatique n'est pas le seul déclencheur de la sédentarisation et de l'agriculture. L'augmentation de la population a obligé Homo sapiens à trouver de nouvelles sources de nourriture, de nouvelles techniques. L'agriculture a profondément modifié les sociétés humaines car il a fallu stocker les denrées et les défendre...

2- La sélection massale

Manuel p263

Source : http://www.civilisations.ca/cmc/exhibitions/civil/egypt/images/geog07b.jpg

Extrait du manuel de SVT Bordas 2012 p263

La recherche et la sélection des meilleures variétés (sélection massale) ont contribué à la formation des nombreuses variétés paysannes.

Pb : comment est-on passé de variétés aux caractères hétérogènes et variables d'une génération à l'autre à des variétés plus homogènes ?

II- La sélection scientifique des plantes cultivées

1- Les applications de la génétique mendélienne

Q : Sachant qu'une lignée de blé est considérée comme homozygote lorsque le pourcentage de gènes homozygotes dépasse 96%, à partir de quelle génération l'homozygotie est-elle atteinte ? R : F6!

En savoir plus sur l'autofécondation et la pollinisation : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Pollinisation/index.htm

Source : lhttp://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-reproduction-autofecondation.html

Source : http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-reproduction-hybridation.html

La majorité des plantes commercialisées sont des hybrides obtenus par croisements de différentes variétés de lignée pure. Ces hybrides bénéficient des avantages génétiques des deux parents et permettent d'obtenir de meilleurs rendements : c'est l'effet d'hétérosis, appelé également vigueur hybride.

Remarque : l'hybridation interspécifique est très rare et peut donner un plant fertile par polyploïdisation : c'est la cas du blé tendre (résultat d'une hybridation entre blés sauvages) ou du colza (hybridation naturelle entre la navette et le chou).

En savoir plus sur les blés hybrides : cliquez ici.

2- Les applications de la biotechnologie

TP : Obtention de protoplastes de poireau et de chou rouge

Source : http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-obtention-protoplaste.html

Video showing a protoplast isolated from red cabbage treated with detergent that disrupts its membrane cell:

Source : http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-hybridation-somatique.html

Avec l'hybridation sexuée, entre deux espèces végétales voisines, deux compartiments génétiques ne seront pas exprimés dans l'hybride : les plastes et les mitochondries, qui sont hérités par la mère. Avec
l'hybridation somatique, en fusionnant deux protoplastes d'espèces différentes, plus ou moins proches, les deux cytoplasmes peuvent s'exprimer dans la cellules obtenue, c'est-à-dire confronter les génomes chloroplastiques et mitochondriaux. Or de nombreuses résistances sont d'origine chloroplastique ou mitochondriale, donc difficilement transférables par les voies classiques. A l'aide de l'hybridation somatique, des résistances contenues dans les espèces sauvages ont pu être introduites dans une souche cultivée.
Exemple : L'hybridation entre Brassica napus et B. hirta a permis le transfert, de la moutarde blanche au colza, des résistances à l'Alternaria et aux Nématodes.
- Le frein essentiel à la mise en oeuvre de ces technologies est la difficulté de régénération d'une plante entière à partir de protoplastes, en particulier chez les Céréales et les Légumineuses, groupes à grand intérêt
agronomique.
- Ces manipulations restent un peu aveugles dans la mesure où la qualité des modifications introduites est mal contrôlée.

Il est possible d’infecter les protoplastes qui ne possèdent plus qu’une simple membrane par Agrobacterium tumefaciens pour y introduire de nouveaux gènes.

Source : http://culturebiotech.unblog.fr/files/2012/01/protoplastes.pdf

Source : http://www.gnis-pedagogie.org/biotechnologie-amelioration-transgenese-genetique.html

Source : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/transgenese/agrobacterium/agro.htm

Video in English:

Les biotechnologies ont permis d'augmenter considérablement le nombre de variétés en s'affranchissant des barrières interspécifiques. Il est possible aujourd'hui de sélectionner non pas un plant entier mais une cellule seulement pour la cultiver in vitro après l'avoir modifiée génétiquement.

- La fusion de protoplastes (cellules végétales débarrassées de leur paroi) est une technique d'hybridation somatique utilisée pour exprimer des gènes chloroplastiques ou mitochondriaux.

- La transgénèse est une technique visant à introduire un gène d'intérêt ou un gène répresseur dans le génome de toutes les cellules de la plante. Pour ce faire, il suffit d'intégrer le transgène dans un protoplaste capable de se diviser pour former la plante tout entière. De nombreux vecteurs naturels permettent ce transfert : ce sont des virus ou des bactéries (ex : Agrobacterium tumefaciens). Les plantes génétiquement modifiées sont aussi appelées PGM ou OGM et leur mise en culture tout comme leur commercialisation soulève de grands débats.

Remarque : les hybrides spécifiques sont stériles (incompatibilités des génomes, nombre impair de chromosomes...). Soit ils sont exploités pour leur appareil végétatif soit pour leurs fruits. On pourrait s'étonner que de telles plantes produisent des fruits alors qu'elles sont stériles! En fait, certaines plantes sont parthénocarpiques : elles sont capables de former des fruits en l'absence de fécondation. La parthénocarpie peut être naturelle (ex : concombre), ou provoquée par des hormones végétales (ex : banane triploides)...

En savoir plus sur les fruits sans graine et la parthénocarpie : cliquez ici.

III- Enjeux contemporains autour des plantes cultivées

1- Enjeux autour de l'utilisation des plantes cultivées

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