Des céréales au coeur de notre alimentation
Depuis 10 000 ans, l'Homme cultive des plantes pour nourrir les siens: on dit qu'il les a domestiqués.
Comment a-t-il fait pour savoir quelles plantes il pouvait domestiquer?
Le plan de la leçon:
1- L'origine des espèces cultivées: d'où viennent les blés que nous cultivons?
2- Les fruits et légumes de nos étals: comment expliquer une telle diversité?
3- Les techniques ancestrales pour améliorer nos plantes cultivées
4- Les techniques modernes pour améliorer nos plantes cultivées.
1- L'origine des espèces cultivées: d'où viennent les blés que nous cultivons?
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" l'ensemble des caractéristiques de la plante qui diffèrent entre la plante sauvage et ses "ancêtres" sauvages.
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)
1- La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées a souvent retenu des caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont favorables pour les plantes sauvages.
A- Vrai
B- Faux
2- La sélection portera sur la taille des graines ou des fruits et sur la capacité à récolter facilement ces éléments.
A- Vrai
B- Faux
2- La sélection, volontaire ou empirique, a commencé il y a 100 000 ans c’est-à-dire à la fin de la dernière période glaciaire.
A- Vrai
B- Faux
3- Pour domestiquer une plante sauvage l’Homme :
A- a sélectionné des individus possédant des caractéristiques génétiques permettant uniquement une production accrue
B- est intervenu sur l’évolution naturelle des plantes
C- a accéléré la sélection naturelle
4- La domestication des plantes sauvages :
A- est un processus qui a précédé l’agriculture
B- n’a nécessité que quelques années de sélection
C- a été réalisée progressivement par quelques agriculteurs
D- résulte d’une sélection scientifique
Orge à deux rangs cultivé, étamines à l'air libre.
(Photo: Michel Patalano)
(D'après Pour La Science, Dossier Janvier 2000).
2- Les fruits et légumes de nos étals: comment expliquer une telle diversité?
Répartition géographique naturelle du chou sauvage
Une sélection artificielle qui a porté sur quelques caractères naturellement développés
La tour à fraisiers, où comment planter des centaines de fraisiers sur 1 seul m2.
3- Les techniques ancestrales pour améliorer nos plantes cultivées
A- 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.
Document 1 : comparaison de quelques critères agronomiques entre 3 variétés de tomates cultivées
La variété Garance présente:
A- Une forte résistance aux nuisibles
B- Une meilleure qualité gustative
C- Un meilleur aspect esthétique
D- Un faible pourcentage de fruits déclassés
Document 2 : teneurs (moyennes) des tomates de la variété Garance, en différentes substances par rapport à une tomate standard
Par rapport à une tomate standart, peut-on dire que la quantité de substances nutritives a:
A- faiblement augmenté
B- Fortement augmenté
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.
Pour forcer le croisement entre deux variétés, il faut :
A- Avoir une ruche adaptée aux variétés
B- Retirer les étamines de la plante qui fera les tomates
C- Retirer le pistil de la plante qui fera les tomates
Document 4 : 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.
Le rétrocroisement sert à:
A- augmenter le potentiel génétique de la tomate
B- réduire la quantité d'ADN de la variété la moins intéressante
C- obtentir une variété d'antan.
B- Obtention d'une nouvelle espèce, Raphano brassica
D'après G.D. Karpechenko Polyploid hybrids of Raphanus sativus Lx Brassica oleracea L.
L'Homme est capable d'agir sur le génome des plantes cultivées et d'intervenir sur la biodiversité.
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. Raphano brassica 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, Raphano brassica présente des racines de choux et des feuilles de radis.
1. Raphano brassica est
A- une nouvelle plante fertile
B- une nouvelle plante stérile
C- une variété de chou
D- une variété de radis
2. Les processus génétiques qui ont conduit à l'obtention de Raphano brassica sont
A- une duplication chromosomique chez le radis et le chou, suivie d'une hybridation
B- une hybridation entre deux espèces, suivie d'une duplication chromosomique
C- deux hybridations successives entre deux espèces diploïdes à 36 chromosomes
D- deux duplications successives chez deux espèces possédant 9 chromosomes chacune, suivies d'une hybridation
3. L'hybridation entre le radis et le chou a été possible car
A- ces deux espèces sont génétiquement identiques
B- les 9 chromosomes du radis sont homologues aux 9 chromosomes du chou
C- ce sont deux espèces qui sont proches phylogénétiquement
D- chacune des espèces diploïdes possède 9 chromosomes
4. Raphano brassica n'est pas cultivée aujourd'hui car
A- c'est une espèce transgénique
B- elle possède des racines de radis
C- elle possède des feuilles de chou
D- elle possède un phénotype différent de celui recherché
4- Les techniques modernes pour améliorer nos plantes cultivées.
Regardez les vidéos
Les organismes génétiquement modifiés
MGM : Maïs Génétiquement Modifié
Questions :
- A quoi peuvent bien servir les deux gènes associés au gène d'intérêt ?
- Comment ces deux gènes sont-ils ensuite supprimés du plant de maïs?
- Que fait-on avec un plant transgénique?
Une animation pour le maïs BT (OGM)
Les notions essentielles:
- La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées a souvent retenu des caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont favorables pour les plantes sauvages: la non-dispersion des graines est une des principales caractéristiques.
- On parlera de syndrome de la domestication pour évoquer le processus de sélection artificielle.
- La sélection portera sur la taille des graines ou des fruits et sur la capacité à récolter facilement ces éléments.
- Cette sélection, volontaire ou empirique, a commencé il y a 10 000 ans, c’est-à-dire à la fin de la dernière période glaciaire.
- Les mutations naturelles sont à l’origine d’allèles favorables à la culture : c’est ce que l’homme a sélectionné.
- Le blé, le maïs et le riz qui sont toutes les trois des céréales comptent parmi les premières espèces à avoir été domestiquées, au Moyen Orient, en Asie, en Amérique.
- Une même espèce cultivée, comme les choux par exemple, comporte souvent plusieurs variétés sélectionnées par les Hommes dans différentes régions selon des critères différents.
- Cette diversité variétale est une forme de biodiversité.
- Les techniques de croisement permettent d'obtenir de nouvelles plantes qui n'existaient pas dans la nature.
- Les techniques du génie génétique permettent d'agir directement sur le génome des plantes cultivées.
- Un Organisme Génétiquement Modifié ou OGM est une plante génétiquement modifiée chez laquelle on a inséré un gène d’intérêt pour la culture provenant d’une autre espèce.
