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SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

DS n°8Épreuve de biologie

13 juin 2015Durée : 2 heures

____________________________________________________________________________Les calculatrices programmables et alphanumériques sont interdites.L’usage de tout ouvrage de référence et de tout document est strictement interdit.Les candidats doivent respecter les notations de l’énoncé et préciser, dans chaque cas, la numérotation de la question posée.Une grande attention sera apportée à la clarté de la rédaction et à la présentation des différents schémas.Il n’est pas nécessaire de rédiger une introduction et une conclusion.Les documents peuvent être découpés et collés sur la copie à condition d’être légendés, commentés ou exploités.____________________________________________________________________________

THÈME 1L’ADAPTATION DES PLANTES À MÉTABOLISME CAM(MÉTABOLISME ACIDE CRASSULACÉEN) À L’ARIDITÉ

D’après sujet AgroTB 2012

Les plantes grasses, succulentes ou encore crassulescentes comme les cactus ou les agaves se trouvent communément dans les régions arides où les précipitations annuelles oscillent entre 100 et 300 mm/an (en climat tempéré, les précipitations varient entre 500 et 1500 mm/an). Ces plantes présentent des adaptations anatomiques, morphologiques et physiologiques aux conditions extrêmes de ces milieux.Du point de vue métabolique, les plantes CAM, comme les plantes en C4, associent une photosynthèse en C3 et une photosynthèse en C4. Cependant, le découplage entre les deux phases de la photosynthèse n’est pas spatial.

A partir des documents 1.1 à 1.3 et de vos connaissances, déterminez les caractéristiques de la photosynthèse des plantes CAM. Vous résumerez vos hypothèses et/ou conclusions sous forme d’un schéma en précisant où et quand se font les photosynthèse en C3 et C4.

(aucune introduction n’est attendue)

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DS C.Escuyer - BCPST1 - 2014/2015

Document 1.1 : Immunolocalisation de la PEPc (PhophoEnolPyruvate Carboxylase) dans le mésophylle d’une feuille de M. crystallinum (Mesembryanthemum crystallinum, une plante ayant un métabolisme CAM dans les conditions de l’expérience).

Les anticorps secondaires, qui se fixent spécifiquement sur les anticorps anti-PEPc, sont couplés à des particules d’or qui apparaissent en noir sur le cliché. L’observation est réalisée en MET.

C : chloroplasteS : grain d’amidon mt : mitochondrie

Document 1.2 : Absorption de CO2 et activités de la PEPc et de la RuBisCO (ribulose-1,5-diphosphate carboxylase/oxygénase)

Document 1.2.A : Taux d'absorption nette de CO2 mesuré sur des feuilles de 2 espècesPour chaque espèce, une feuille est placée pendant 36h dans une chambre confinée de façon à pouvoir mesurer en continu les échanges gazeux. Deux espèces sont utilisées :- espèce à métabolisme CAM : Kalanchoe ̈ daigremontiana (KD)- espèce à métabolisme en C3 : Peperomia obtusifolia (PO)Les régions en gris correspondent aux périodes de nuit.Les taux d’absorption sont donnés en μmol. m-2 de surface foliaire.s-1.

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Document 1.2.B : Activités de deux enzymes (PEPc et RuBisCO) chez des plantes à métabolisme CAM1 : Activité de la PEPc mesurée pendant 24h dans des feuilles de M. crystallinum. Les résultats sont donnés en pourcentage de l’activité maximale de l’enzyme.2 : Activité de la RuBisCO mesurée pendant 24h dans des feuilles de Kalanchoë daigremontiana. L’activité est quantifiée en µmol de CO2.m-2 de surface foliaire.s-1 (µmol.m-2.s-1).Elle reste inférieure à 15 µmol de CO2.m-2.s-1 entre 20h et 6h (non visible sur le graphique).

Document 1.3 : Evolution de la teneur en malate dans des feuilles de plante à métabolisme CAMDes extraits sont réalisés à partir de feuilles de M. crystallinum ayant un métabolisme CAM. Le malate est dosé à partir de la matière fraîche de ces extraits. Les résultats sont donnés en μmol par gramme de matière fraîche (μmol. g mat fraîche-1).

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THÈME 2HOMÉOGÈNES ET INDUCTION DE LA TÊTE

D’après Development 130, 4943-4953, 2003

Document 2A - Implication du gène cerberus

2A1) Effets de la délétion ou de la surexpression du gène cerberus dans le développement du Xénope.

Un mutant de Xénope pour lequel le gène cerberus a été inactivé présente le phénotype suivant

Témoin Mutant cerberus

De l’ARNm codant pour le gène cerberus a été injecté dans la partie antérieure ventrale et dans la partie postérieure ventrale d’un embryon. La photographie ci-dessous le présente au stade bourgeon caudal.

2A2) Localisation de l’expression de cerberus au cours du développementUn ADN est construit en associant le promoteur du gène cerberus de Souris (McerP) avec le gène lacZ codant pour la β-galactosidase, dont la présence est facilement observable par sa coloration bleue. La construction est notée McerP-lacZ. Elle est injectée dans les blastomères dorso-végétatifs au stade 8 cellules du développement.Les embryons sont récupérés au stade 11 (gastrulation) et une section est effectuée dans l’axe PA-PV, coupant en deux la lèvre dorsale du blastopore. Le cliché obtenu est le suivant :

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Document 2B - Interaction entre cerberus et BMP4

Plusieurs gènes comme BMP4, Xnr1 ou XWnt8 semblent aussi impliqués dans le contrôle de l’axe nerveux des animaux. Ainsi, le gène BMP4 a été associé au promoteur de cerberus dans une construction d’ADN notée McerP-BMP4. Cet ADN chimère a été injecté en quantité variable (80, 40 ou 20 pg) dans les deux cellules dorso-végétatives d’un embryon à 8 cellules.Les embryons au stade 35 sont alors observés.

Remarque : ne pas tenir compte des variations de couleurs.

Document 2C - Action de cerberus et BMP4 sur le télencéphale

Le développement du télencéphale fait intervenir les homéogènes xbf1 et xemx1 : ils servent alors de marqueurs de télencéphale. Les gènes ODC ou Krox20 sont des homéogènes postérieurs, qui servent de témoins.

2C1) Action de BMP4Des embryons reçoivent une micro-injection de McerP-BMP4. Les quantités des protéines XBF1 et Krox20 sont alors recherchées par électrophorèse aux stades 12, 13 et 15.

Dans les deux cas, la bande supérieure correspond à des embryons qui ont reçu la construction McerP-BMP4 alors que la deuxième ligne est le témoin non injecté.

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2C2) Action de cerberus• Un ARN complémentaire de l’ARNm de cerberus est synthétisé in vitro. Il est appelé ARNm antisens morpholino (CerMo). Un autre ARN, non complémentaire de cerberus, est aussi produit et appelé CoMo.Ces ARN sont testés dans un système de traduction in vitro. Dans chaque tube sont présents :

- de l’ARNm de cerberus ;- de l’ARN CerMo (colonne 2) ou CoMo (colonne 1) ;- de l’ARNm de myosine ;- toute la machinerie nécessaire à la traduction des ARNm (ribosomes, ATP, acides aminés,

ARNt…).Après traduction in vitro, les protéines sont purifiées et soumises à une électrophorèse. Le gel est le suivant :

• Une culture tissulaire permet de tester l’effet de cerberus. Un massif cellulaire d’endoderme antéro-dorsal (ADE) au stade 10,5 est associé in vitro à des cellules d’ectoderme dorsal (DE) dans deux cas : pour des embryons auxquels on a injecté un ADN codant pour l’ARN CerMo, ou pour des embryons témoins.Le tissu est mis en culture jusqu’au stade 30/31.

On recherche alors dans les cellules les marqueurs télencéphaliques tels la protéine XBF1, par électrophorèse. Le gel obtenu est le suivant :

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