jeudi 12 janvier 2017

THEME 2B. LA PLANTE DOMESTIQUEE (TS)

Un exemple de plante domestiquée : la carotte

La carotte sauvage (Daucus carota) est une plante courante dans les champs qui est utilisée en cuisine depuis très longtemps. Elle est caractérisée par une racine pivotante de couleur blanc crème.


La carotte cultivée présente au contraire une racine très développée et de couleur orange. On constate que le cylindre central est proportionnellement plus petit que chez la carotte sauvage.



Une chromatographie sur papier permet de mettre en évidence une différence nette de richesse en caroténoïdes (pigments rouges et jaunes) entre la carotte sauvage et la carotte cultivée.

Protocole expérimental


Résultats des chromatographies

Il existe de nombreuses variétés de carottes, caractérisées par leur couleur.


Des études précises ont permis de montrer que leur richesse en pigments caroténoïdes étaient très variables.

Des études menées en 2009 ont pu montrer que chez la carotte sauvage, un certain nombre de gènes fonctionnaient d'une façon moins importante que chez la carotte cultivée. La sélection des variétés cultivées a donc augmenté le niveau de transcription de certains gènes.


On peut tester facilement aussi le taux en glucides réducteurs d'une carotte sauvage et d'une carotte cultivée par le test à la liqueur de Fehling. On obtient les résultats suivants :



La carotte cultivée est donc beaucoup plus riche en glucide que la carotte sauvage.
Le test au phloroglucinol permet de montrer que la quantité de lignine est beaucoup plus importante chez la carotte sauvage que chez la carotte cultivée. Proportionnellement, la carotte cultivée a donc beaucoup plus de chair.
Quelques botanistes ont cherché à reconstituer l'histoire de l'évolution de la carotte depuis sa domestication. Voici un des résultats possibles :


On constate que notre carotte cultivée orange est d'apparition relativement récente puisque datant de la fin du XVIème siècle. De plus, elle n'aurait pas été obtenus directement à partir de la carotte sauvage mais à partir d'autre variétés (jaunes ou pourpres) déjà cultivées. L'obtention d'un végétal cultivé est donc un processus long et complexe, qui nécessite des techniques variées.

Les techniques d'obtention de végétaux sélectionnés

A. Les croisements et l'obtention de plantes à qualités supérieures


Dans une région au climat propice, on cultive deux variétés de tomates : l’une (A) à gros fruits, l’autre (B) à petits fruits.
Les plants de la variété A sont sensibles à un champignon parasite, le Fusarium, qui entraîne une baisse importante de production. En revanche, les plants de la variété B sont résistants à ce champignon.
On demande à des agronomes de créer une nouvelle variété de tomates à gros fruits et résistante au Fusarium. Cette variété doit être de lignée pure, c’est-à-dire homozygote pour les gènes considérés. Pour cela, ils ont réalisé les croisements indiqués dans les documents 1 et 2.

Document1
Premier croisement
Les chercheurs réalisent une série de croisements entre les plants de tomates des variétés A et B.
À la première génération F1, ils n’obtiennent que des plants résistants au Fusarium et qui produisent de petits fruits.
Note : on précise que, pour chaque caractère, les deux variétés ne diffèrent que par les allèles d’un seul gène.

Document2
Deuxième croisement
Les chercheurs réalisent alors un croisement d’individus de la génération F1 avec des plans de la variété A.
Ils obtiennent à la deuxième génération F2 les résultats suivant pour 1 000 plants :
— 251 plants à petits fruits et résistant au Fusarium;
— 234 plants à petits fruits et sensibles au Fusarium;
— 270 plants à gros fruits et résistant au Fusarium;
— 245 plants à gros fruits et sensibles au Fusarium.

Indiquez les mécanismes génétiques qui ont permis aux agronomes d’obtenir des plantes au phénotype recherché. Montrez qu’ils n’ont toutefois pas abouti exactement à ce qui était demandé et précisez ce qu’ils devraient faire pour y parvenir.

Résolution du  problème

Le document 1 nous permet de constater que le caractère résistant est dominant mais que le caractère gros fruit est récessif. le phénotype de l'hybride est donc [R P] et son génotype (R//s P//g)
Le document 2 nous donne les résultats d'un back-cross. Le croisement est le suivant :

(R//s P//g) x (s//s g//g)

On obtient donc :
25% de plantes résistantes à petits fruits (R//s P//g)
25% de plantes sensibles à petits fruits (s//s g//g)
25% de plantes résistantes à gros fruits (R//s g//g)
25% de plantes sensibles à petits fruits (s//s P//g)
C'est donc la troisième catégorie qui correspond à ce qui était demandé. Cependant cette linées n'est pas pure, puisqu'elle est hétérozygote pour le caractère "résistance au fusarium".
Pour obtenir une telle lignée pure, il faut faire croisée deux plantes de cette lignée. 

(R//s g//g) x (R//s g//g)

Dans la descendance, on obtient 25% de plantes (R//R g//g) qui corresponde à la variété demandée.

B. Polyploïdie et sélection des plantes


Il existe actuellement trois variétés de blé cultivés. L’engrain (Triticum monococum), utilisé en Turquie et en Grèce, sert à nourrir le bétail. Le blé dur (Triticum turgidum) sert à fabriquer les pâtes et la semoule et le blé tendre (Triticum aestivum) sert à fabriquer le pain.
Le caryotype de Triticum monococum est le suivant :

Il compte donc 7 paires de chromosomes. Le caryotype de Triticum turgidum compte 14 paires de chromosomes, soit deux fois plus que la variété sauvage. On peut donc estimer que T. turgidum a été obtenu par tétraploidisation à partir du blé sauvage.
Le blé tendre (Triticume aestivum) compte 21 paires de chromosomes, soit 3 fois le nombre de la variété sauvage. On peut donc penser que le blé tendre a été obtenu par hexaploïdisation.





Les généticiens ont pu mettre en évidence la présence en plusieurs exemplaires de gènes codant pour les gluténines et las gliadines chez le blé tendre. Cette observation est un bon indice de la la polypoïdie des cellules du blé tendre.



A partir de ces différentes observations, on a pu construire une histoire évolutive du blé, qui reste, bien entendu, hypothétique.


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