ANNALES des sujets du BAC- Thème IIB – La plante domestiquée

Partie 1 (8 points)

Métropole 2015

QCM (3 points) Cocher la bonne réponse pour chaque série de propositions. 1. La sélection exercée par l’Homme sur les plantes cultivées est un processus :

☐ réalisé au départ à partir d’espèces sauvages,

☐ qui a commencé avec la découverte des gènes,

☐ permettant de sélectionner uniquement de façon empirique des caractéristiques semblables aux plantes sauvages,

☐ exclusivement basé sur les techniques de mutagénèse et de transgénèse. 2. Des plantes possédant des nouvelles propriétés peuvent être obtenues par :

☐ le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides homozygotes,

☐ le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides hétérozygotes,

☐ l’autopollinisation d’une même variété,

☐ la pollinisation d’une variété intéressante par des insectes. 3. La transgénèse consiste à :

☐ obtenir des organismes génétiquement modifiés en les soumettant à des agents mutagènes,

☐ à croiser deux individus d’espèces différentes,

☐ à introduire dans le génome de la plante un ou plusieurs gènes provenant d’une autre espèce,

☐ à obtenir des organismes génétiquement modifiés après de multiples croisements.

Partie II exercice 1 (3 points)

Asie 2015

Obtention d'une nouvelle espèce, Raphanobrassica D'après G.D. Karpechenko Polyploid hybrids of Raphanus sativus Lx Brassica o/eracea L.

L'Homme est capable d'agir sur le génome des plantes cultivées et d'intervenir sur la biodiversité.

À partir de l'étude des documents, cocher la bonne réponse dans chaque série de propositions du QCM, afin de mettre en évidence les étapes de l'obtention de Raphanobrassica et d'expliquer pourquoi elle n'est pas cultivée aujourd'hui.

Remettre la feuille-réponse annexe avec la copie

Document 1 : obtention d'un hybride En 1928, Karpechenko, botaniste russe, a pu produire pour la première fois une nouvelle espèce végétale polyploïde expérimentale. Il a réalisé des croisements entre le chou commun Brassica oleracea et le radis Raphanus sativus. Son objectif était d'obtenir une espèce présentant des racines de radis et des feuilles de chou. Brassica et Raphanus ont le même nombre de chromosomes (2n=18) et sont phylogénétiquement proches. La fusion des gamètes (9 chromosomes de chou et 9 chromosomes de radis) conduit à un nouvel organisme hybride diploïde stérile car les chromosomes des deux lots ne sont pas homologues.

Document 2 : un exemple de polyploïdie Cet hybride a subi un doublement de son stock chromosomique : une duplication chromosomique (4n=36) permettant à chaque chromosome d'avoir un homologue. L'individu produit est devenu fertile. Raphanobrassica résulte de l'assemblage de deux génomes distincts et d'une duplication chromosomique. R : chromosomes de Raphanus sativus B : chromosomes de Brassica oleracea

D'après Jules Janick, Classic papers in horticultural science, éd. The Blackburn Press, 1989

Malheureusement, Raphanobrassica présente des racines de choux et des feuilles de radis.

QCM : Cocher la réponse exacte pour chaque proposition. 1. Raphanobrassica est

☐ une nouvelle plante stérile

☐ une nouvelle plante fertile

☐ une variété de chou

☐ une variété de radis 2. Les processus génétiques qui ont conduit à l'obtention de Raphanobrassica sont

☐ une duplication chromosomique chez le radis et le chou, suivie d'une hybridation

☐ deux duplications successives chez deux espèces possédant 9 chromosomes chacune, suivies d'une hybridation

☐ deux hybridations successives entre deux espèces diploïdes à 36 chromosomes

☐ une hybridation entre deux espèces suivie d'une duplication chromosomique 3. L'hybridation entre le radis et le chou a été possible car

☐ ces deux espèces sont génétiquement identiques

☐ les 9 chromosomes du radis sont homologues aux 9 chromosomes du chou

☐ ce sont deux espèces qui sont proches phylogénétiquement

☐ chacune des espèces diploïdes possède 9 chromosomes 4. Raphanobrassica n'est pas cultivée aujourd'hui car

☐ c'est une espèce transgénique

☐ elle possède des racines de radis

☐ elle possède des feuilles de chou

☐ elle possède un phénotype différent de celui recherché

Amérique du sud 2015

La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées a souvent retenu des caractéristiques différentes de celles des plantes sauvages et favorisant leur utilisation. On appelle "syndrome de domestication / domestication syndrome" l'ensemble des caractéristiques de la plante qui diffèrent entre la plante sauvage et ses "ancêtres" sauvages.

À l'aide des trois documents fournis, précisez les différentes caractéristiques associées au syndrome de domestication en comparant les blés modernes et ancestraux. Précisez ensuite, en le justifiant, la caractéristique sélectionnée qui a rendu possible les techniques de récolte du blé.

Document 1 : Epis de blé : Epi de blé ancestral sauvage (a) et épi de blé cultivé (d). Chaque épi de blé est formé d'un axe porteur d'épillets (b) qui à maturité se détachent de l'épi chez le blé ancestral sauvage (c) mais restent fixés chez le X blé cultivé ne se séparant que lors du battage (e)

D'après Trends in Ecology and Evolution (AIP) Document 2 : Grains de variétés de blé cultivées modernes (haut) et de variétés sauvages ancestrales (bas) (Le trait d'échelle mesure 1mm).

D'après The Plant Cell April 2010 vol.22 no.4993

Document 3 : Techniques médiévales de moissonnage à la faucille et battage au fléau. Aujourd'hui, dans les pays industrialisés, ces deux gestes techniques sont réalisés par une machine : la moissonneuse batteuse. (Livre d'heures à l'usage de Paris par l'atelier Jouvenel, Lyon XVème siècle)

Sujet « zéro » exemple 5

La carence* en vitamine A affecte d'après l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) entre 100 et 200 millions d'enfants. Cette carence est responsable de graves troubles oculaires, de cécité infantile et du décès de plus d'un million d'enfants chaque année. Or, les tentatives de diversification nutritionnelle ou de suppléments en vitamines atteignent difficilement toutes les personnes concernées. Des chercheurs ont donc travaillé sur l'enrichissement en vitamine A (ou en précurseurs de vitamine A) de certains aliments de base dans certains régimes alimentaires. Ils ont ainsi mis au point un riz transgénique appelé "riz doré". * apport insuffisant voire manque QUESTION : On cherche à comprendre, en exploitant les données présentées dans les documents suivants, comment les chercheurs ont mis au point un riz transgénique et quelles sont les conséquences de cette transgénèse. Cochez la proposition exacte pour chaque question Document 1 : Particularités du riz doré. Le bêta-carotène qui, une fois assimilé dans le corps humain se transforme en vitamine A, existe naturellement dans l’enveloppe du riz mais pas dans sa partie comestible c'est-à-dire l’albumen. L'enveloppe du riz étant éliminée de manière à améliorer sa conservation, les grains consommés ne contiennent plus de bêta-carotène. Par l'introduction de trois gènes dans du riz, des chercheurs allemands ont réussi à restaurer dans l’albumen une voie de biosynthèse du bêta-carotène à partir de son précurseur : le GPP. Le béta carotène alors synthétisé colore les grains en jaune, d'où le surnom de "riz doré". Cependant les teneurs obtenues jusqu'à présent ne fourniraient pas aux populations démunies en vitamine A, les quantités de béta carotène qui leur seraient nécessaires. Mais, les effets de carences plus ou moins prononcés pourraient être sensiblement allégés. Le génome du riz doré contient trois gènes codant la synthèse d’enzymes impliquées dans la chaine de biosynthèse du béta carotène à partir du GPP à savoir : • deux gènes de jonquille qui permettent la fabrication des enzymes 1 et 2 ; • un gène de bactérie qui permet la fabrication de l’enzyme 3. La chaîne de biosynthèse du béta carotène :

Document 2 : Incertitudes scientifiques autour du riz doré. Le GPP, naturellement présent dans le riz, permet à la cellule de fabriquer un certain nombre de molécules dont la vitamine E, des chlorophylles, et de l’acide gibbérellique (substance favorisant la croissance végétale). La fraction du GPP, qui dans le riz doré sera utilisée pour fabriquer du béta carotène, ne sera plus disponible pour la synthèse des autres molécules dont il est également le précurseur. Autrement dit, il est probable que le riz doré, qui fabrique du bêta-carotène, fabrique moins de vitamine E, et que les rendements obtenus avec ce riz transgénique soient nettement diminués en raison d’une synthèse amoindrie de chlorophylles et d’acide gibbérellique.

Partie II – exercice 2 (5 points)

Emirats Arabes Unis 2016

De nouvelles variétés de tomates Après la pomme de terre, la tomate est le légume le plus consommé dans le monde. Au cours de la domestication, des milliers de variétés différentes ont été produites. Depuis 2013, une nouvelle variété de tomate cultivée, la Garance a été obtenue par l’INRA. Il aura fallu une vingtaine d’années de recherches pour l’obtention de cette tomate.

À l’aide de l’exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances : – présenter les intérêts d’avoir mis au point cette nouvelle variété Garance, – expliquer comment la nouvelle variété Garance a été obtenu à partir de variétés anciennes, tout en recevant le label « sans OGM* ».

*Organisme Génétiquement Modifié Document 1 : quelques critères de variétés de tomates cultivées Document 1.a : comparaison de quelques critères agronomiques entre 3 variétés de tomates cultivées

VARIETES NOMBRE DE RERSISTANCES AUX NUISIBLES

% DE TOMATES DECLASSEES

ASPECT ESTHETIQUE (note sur 10)

QUALITE GUSTATIVE

(note sur 10)

DCC84 (tomate Cœur de

bœuf rouge) 3 5,8 8 6,0

Garance (tomate ronde

rouge) 8 0,5 7,8 6,5

DN 75 (tomate ronde noire)

4 2,1 7,5 6,5

* une tomate qui présente des défauts est dite « déclassée »

D’après C. Mazolier, Tomate en Agriculture Biologique : variétés de type ancien en tunnel froid. 2010 Des études ont révélé que les consommateurs préfèrent, esthétiquement, des tomates de gros calibres et de couleur rouge vif. Document 1.b : teneurs (moyennes) des tomates de la variété Garance, en différentes substances par rapport à une tomate standard

Lycopène + 65 %

Vitamine C + 90 %

Sucres + 32 %

D’après INRA, 2010 Document 2 : nature et propriétés physiologiques du lycopène et de la vitamine C La vitamine C participe à la synthèse des globules rouges et contribue au bon fonctionnement du système immunitaire. Il est recommandé d’en consommer quotidiennement entre 75 et 90 mg. Le lycopène est un pigment rouge vif dont la consommation régulière réduit le risque de souffrir d’une maladie cardio-vasculaire, du diabète ou encore de l’ostéoporose, et aurait un effet protecteur contre certains cancers. Document 3 : l’obtention de nouvelles variétés végétales par croisement La fleur de tomate est capable de s’autoféconder, c’est à dire que son pollen peut venir féconder ses propres ovules.

Pour forcer deux variétés, A et B, à se croiser, il est donc nécessaire de retirer les étamines de la plante qui sera utilisée comme femelle et d’apporter le pollen de la plante utilisée comme mâle.

Document 4 : caractéristiques d’une variété de tomate sauvage

VARIETE COULEUR TAILLE DU FRUIT QUALITES

Solanum cheesmanii jaune – orange 1 à 2 cm – multiples résistances – richesse en sucres

D’après S. D. Tanksley, The Plant Cell, 2004

Document 5 : la sélection de variété végétale par rétrocroisement Document 5.a : le brassage intra-chromosomique ou crossing-over

Document 5.b : le principe de la sélection par rétrocroisements Soit une variété M de faible intérêt agronomique qui possède dans son génome, un gène Z codant un caractère que l’on souhaite transférer à une autre variété cultivée N présentant de nombreux caractères agronomiques intéressants (liés au fruit : forme, fermeté, couleur, taille…). Par le croisement de ces 2 variétés, on obtient un hybride F1 dont le génome renferme bien le gène Z mais aussi la moitié de l’ADN de la variété M, ce qui diminue beaucoup les qualités de l’hybride F1. Afin de remédier à ce phénomène, on réalise alors une série de rétrocroisements lesquels consistent à croiser l’hybride F1 avec la variété N. Les hybrides (F2, F3, etc.) qui se forment ainsi possèdent de moins en moins d’ADN de la variété M. À chaque génération, seuls les hybrides renfermant le gène Z sont sélectionnés.

Document 5.c : schéma décrivant le principe de la sélection par rétrocroisements