De nouvelles variétés de tomates

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : La plante domestiquée
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2016 | Académie : Afrique


Afrique • Juin 2016

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

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 :

présentez les intérêts d’avoir mis au point cette nouvelle variété Garance ;

expliquez comment la nouvelle variété Garance a été obtenue à partir de variétés anciennes, tout en recevant le label « sans OGM » (Organisme génétiquement modifié).

document 1 Quelques critères de variétés de tomates cultivées

a. Comparaison de quelques critères agronomiques entre trois variétés de tomates cultivées

Des études ont révélé que les consommateurs préfèrent, esthétiquement, des tomates de gros calibre et de couleur rouge vif. Une tomate qui présente des défauts est dite « déclassée ».

Variété

Nombre de résistances aux nuisibles

Pourcentage de tomates déclassées

Aspect esthétique

(note sur 10)

Qualité gustative

(note sur 10)

DCC 84

(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

D’après C. Mazolier, Tomate en agriculture biologique : variétés de type ancien en tunnel froid, 2010

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.

svtT_1606_01_02C_01

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.

svtT_1606_01_02C_02

document 4 Caractéristiques d’une variété de tomate sauvage

Variété

Couleur

Taille du fruit

Qualités

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

a. Le brassage intra-chromosomique ou crossing-over

svtT_1606_01_02C_03

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, etc.).

Par le croisement de ces deux 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.

c. Schéma décrivant le principe de la sélection par rétrocroisements

svtT_1606_01_02c_04

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le sujet comporte deux questions. Il est bon d’identifier en premier lieu les documents se rapportant à la première question (documents 1 et 2) et ceux ayant trait à la deuxième question (documents 3, 4 et 5)

Pour la première question, la solution de facilité est d’envisager les documents les uns à la suite des autres, mais l’on risque de les paraphraser. Il est donc préférable de dégager des idées directrices en s’appuyant sur les informations de chaque document.

La deuxième question est plus difficile ; là, l’analyse successive et dans l’ordre des documents 3, 4 et 5 est peu pertinente. Il faut d’abord dégager le but à atteindre grâce au document 5b, puis montrer comment on y parvient grâce au document 5c. Cela conduit à exploiter les informations extraites des documents 3, 4 et 5a.

En agronomie, on utilise souvent un langage qui n’a pas toujours la rigueur de celui utilisé en génétique. Par exemple, dans le document 5, il est question de gène que l’on voudrait transférer de la plante M à la plante N. Cela ne veut pas dire que la plante N ne possède pas ce gène. Cela veut dire que la plante N possède deux allèles de ce gène, (z//z), différents des deux allèles (Z//Z) de la variété M. Dans le corrigé, on a utilisé le langage rigoureux de la génétique, et donc considéré les allèles Z et z du gène d’intérêt.

Mobiliser ses connaissances

Les techniques de croisement permettent d’obtenir de nouvelles plantes (variétés hybrides) qui n’existaient pas dans la nature.

Les techniques de génie génétique permettent d’agir directement sur le génome des plantes cultivées.

Corrigé

Corrigé

Introduction

La Garance est une nouvelle variété de tomates résultant de travaux récents menés par l’INRA.

Nous allons, dans une première partie, envisager les qualités de cette variété et qui en justifient l’exploitation.

Dans une deuxième partie, nous préciserons les grandes lignes des techniques utilisées pour obtenir ce type de tomates, et en quoi ces méthodes font que ce n’est pas une variété OGM.

I. Intérêts de la variété Garance

A. Intérêt écologique

Le document 1a montre que cette variété résiste à un plus grand nombre de maladies causées par des nuisibles (bactéries, virus, champignons) que les autres variétés.

Cette multirésistance limite l’utilisation de pesticides, d’où son intérêt en agriculture biologique.

B. Intérêt économique

Ce même document 1 indique que le pourcentage de fruits ayant des défauts est de 4 à 10 fois inférieur à celui des deux autres variétés. On obtient donc un rendement plus important de cette culture, d’où son intérêt économique.

C. Intérêt dans le domaine de la santé

Les documents 1b et 2 montrent que, par rapport à une variété standard, Garance est remarquable par sa richesse en lycopène, dont la consommation a des effets protecteurs vis-à-vis de maladies fréquentes dans nos sociétés : maladies cardio-vasculaires, diabète, ostéoporose et même certains cancers.

La teneur élevée en vitamine C peut, de même, avoir un effet bénéfique sur la santé en favorisant un bon fonctionnement du système immunitaire et du système producteur de globules rouges.

D. Qualités gustatives et de présentation

Le document 1a indique que la variété Garance possède globalement les mêmes valeurs esthétiques et gustatives que les autres variétés ; sa couleur rouge vif (due à la richesse en lycopène) contribue à son attrait esthétique pour les consommateurs.

II. Obtention de la variété Garance

Pour expliquer globalement comment la variété Garance a été obtenue, il faut appliquer à la tomate le principe de la sélection par rétrocroisement expliqué dans le document 5b à la tomate.

A. Le point de départ

Les chercheurs sont partis de deux variétés : une variété cultivée correspondant à la variété N du document 5b, qui possède de nombreux caractères agronomiques intéressants mais qui est peu résistante aux nuisibles, et une variété de tomate sauvage (document 4) correspondant à la variété M du document 5b, peu intéressante économiquement (faible taille des fruits) mais possédant de multiples résistances aux nuisibles (document 4), l’une d’entre elles au moins étant liée à l’allèle Z d’un gène.

L’objectif est donc d’obtenir une tomate cultivée présentant les qualités de la variété N mais possédant en plus l’allèle Z du gène de résistance présent chez la variété sauvage M.

B. L’hybridation entre les deux variétés M et N

Note

On considère que l’allèle Z de résistance est dominant et que l’allèle z présent chez la plante cultivée est récessif. Pour d’autres gènes, en particulier ceux qui contrôlent les qualités agronomiques, l’hybride F1 est hétérozygote mais il est possible que des allèles de M soient dominants.

Pour réaliser une hybridation, il faut éviter l’autofécondation qui est, d’après le document 3, possible chez la tomate. En choisissant N, par exemple, comme « plante femelle » on prive ses fleurs de leurs étamines. La plante M est donc la « plante mâle » dont on transporte le pollen sur le stigmate des fleurs de la plante N privée d’étamines.

On obtient un hybride F1 qui possède à l’état hétérozygote le gène Z et les gènes déterminant un intérêt agronomique.

L’hybride F1 étant hétérozygote pour le gène de résistance Z et pour d’autres gènes, il ne répond pas à l’objectif visé.

III. Intérêt de la succession de rétrocroisements

A. Rétrocroisement 1

Il s’agit d’une hybridation entre la variété cultivée N et l’hybride F1 (document 5c).

Les méioses chez l’individu F1 aboutissent à des gamètes qui possèdent l’allèle Z et d’autres qui possèdent l’allèle z. À la suite de la fécondation assurée par les gamètes z, des hybrides F2 ne posséderont pas l’allèle de résistance (ils seront homozygote z//z) et, en conséquence, ne seront pas sélectionnés. En revanche, les gamètes de l’hybride porteurs de l’allèle Z seront, après fécondation, à l’origine d’hybrides F2 possédant l’allèle Z et qui seront donc sélectionnés.

Lors des méioses chez l’hybride F1, comme illustré par le document 5a, il y a brassage intra-chromosomique entre le chromosome portant Z et celui portant z ; ce brassage est variable d’une méiose à l’autre. Cela aboutit à la naissance de gamètes porteurs de l’allèle Z associé à des portions d’un chromosome de la plante cultivée N et portant peut-être des allèles de gènes conférant des propriétés agronomiques intéressantes. Ce brassage est également vrai pour les autres paires de chromosomes.

B. Des rétrocroisements successifs

Le même processus va intervenir au cours des rétrocroisements successifs. Le gène Z va être associé chez les hybrides successifs à un nombre croissant de régions du chromosome de la plante cultivée N ; de même, tous les chromosomes des hybrides successifs posséderont de plus en plus de régions de la plante N.

Au bout d’un grand nombre de rétrocroisements, l’hybride obtenu aura quasiment le génome de la plante cultivée, intéressant du point de vue agronomique avec, en plus, l’allèle dominant Z porté par l’un de ses chromosomes.

Mais l’hybride sera toujours hétérozygote pour le gène Z puisqu’un rétrocroisement se fait toujours avec une plante N ayant l’allèle z. Si l’on veut obtenir une plante homozygote Z//Z, il faut alors réaliser une autofécondation.

C. Garance n’est pas une plante OGM

Une plante OGM est une plante dans laquelle on a introduit un gène, souvent d’une espèce différente, grâce à l’intervention humaine par l’utilisation des techniques de génie génétique et sans intervention de la reproduction sexuée.

La variété Garance est bien due à l’intervention humaine, mais par l’utilisation de la technique de l’hybridation et donc par la reproduction sexuée, et non par génie génétique.