France métropolitaine, mai 2022 • Jour 2
Sprint final
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France métropolitaine, mai 2022 • Jour 2
exercice 1
Fleur et diversité génétique des végétaux
Intérêt du sujet • Cet exercice associe de façon complémentaire deux points du programme : les caractéristiques biologiques de la reproduction sexuée des plantes d’une part, les brassages génétiques qu’elle assure d’autre part.
Même s’il existe différents types d’organisation florale, la fleur présente une architecture commune constituée de pièces stériles et fertiles. Cet appareil clé de la reproduction sexuée des angiospermes participe à la grande diversité des individus de ce groupe.
Montrer comment, grâce à leurs différentes pièces florales, des individus parentaux peuvent produire une descendance génétiquement variée, lors de la reproduction sexuée.
Vous rédigerez un texte argumenté. On attend des expériences, des observations, des exemples pour appuyer votre exposé et argumenter votre propos.
Les clés du sujet
Étape 1. Comprendre le sujet
Le sujet est axé sur la diversité génétique des végétaux. Il faut montrer que des caractéristiques des pièces florales fertiles favorisant la fécondation croisée contribuent à cette diversité génétique à chaque génération.
Il faut aussi montrer que les pièces florales stériles, en particulier les pétales, en favorisant la pollinisation par les insectes, y contribuent aussi.
Enfin, il faut réinvestir vos connaissances sur les brassages génétiques pour conclure sur la façon dont la reproduction sexuée des végétaux favorise le maintien d’une diversité génétique dans les populations.
Étape 2. Construire la réponse
Introduction
Par rapport à la reproduction asexuée, la reproduction sexuée des êtres vivants conduit à créer et à maintenir une diversité génétique au sein des populations. C’est généralement le cas chez les angiospermes, malgré l’association d’organes reproducteurs au sein des fleurs qui pourrait laisser penser l’inverse. Pour qu’il y ait variabilité génétique, il faut que la fécondation fasse intervenir des gamètes femelles et des gamètes mâles ayant des génotypes différents. Nous allons voir comment les caractéristiques des pièces florales, fertiles mais aussi stériles, contribuent à réaliser ces critères. Nous envisagerons alors les mécanismes génétiques qui, lors de la formation des gamètes, assurent les brassages génétiques créateurs de diversité.
I. Présentation des pièces florales
Les plantes possèdent des fleurs très diverses. Beaucoup ont quatre sortes de pièces florales : les sépales et les pétales, qualifiés de stériles car ne produisant pas de gamètes, puis les étamines et le pistil, fertiles. Les étamines produisent les grains de pollen, vecteurs des gamètes mâles. Le pistil contient le ou les ovules, au sein desquels se trouve un gamète femelle. Les plantes possédant de telles fleurs sont dites hermaphrodites.
D’autres plantes ont des fleurs unisexuées, possédant les unes uniquement des étamines, les autres un pistil. Lorsque la plante possède sur un même pied les deux types de fleurs, elle est aussi hermaphrodite. Lorsqu’elle possède uniquement des fleurs femelles ou des fleurs mâles, la plante est alors unisexuée.
Le secret de fabrication
On ne se limite pas à une description des pièces florales. On dégage les notions qui ont de l’importance par rapport au sujet posé.
II. Plantes autogames et allogames
A. La pollinisation
La reproduction implique que les grains de pollen arrivent sur le pistil (stigmate) : c’est la pollinisation. La germination d’un grain de pollen dans le pistil conduit finalement à la fécondation du gamète femelle, donc à la formation du zygote à l’origine d’un nouvel individu.
Figure 1. La fécondation
Pour que les fécondations conduisent à une diversité génétique des zygotes, il faut que la fécondation fasse intervenir des gamètes génétiquement différents. Cela dépend du mode de pollinisation de la plante.
B. L’autopollinisation : les plantes autogames
Le stigmate d’une fleur peut être pollinisé par le pollen de la même plante. Cette autopollinisation conduit à l’autofécondation. Répétée de génération en génération, elle engendre des individus ayant une faible diversité génétique.
Cette autopollinisation est obligatoire chez les plantes comme les violettes où la pollinisation puis la fécondation ont lieu dans le bouton floral. Chez les autres plantes hermaphrodites, on pourrait penser que l’autopollinisation est là aussi fréquente, mais ce n’est pas le cas.
C. La pollinisation croisée : les plantes allogames
Dans le cas de la pollinisation croisée, le pollen d’une plante est transporté sur le stigmate d’une fleur appartenant à une autre plante de la même espèce. La pollinisation croisée est obligatoire chez les plantes unisexuées. Elle est aussi favorisée chez beaucoup de plantes hermaphrodites, et cela par des mécanismes qui affectent les pièces florales fertiles.
Un premier mécanisme réside dans le fait qu’étamines et pistil n’arrivent pas en même temps à maturité. Deux variantes sont réalisées : dans un cas, les étamines d’une plante libèrent le pollen alors que le pistil n’est pas réceptif, dans l’autre cas, le pistil est réceptif alors que les étamines ne sont pas arrivées à maturité. Comme les plantes sont à des états de maturité divers, cela favorise la pollinisation croisée.
Un autre mécanisme important est l’autostérilité ou l’auto-incompatibilité. Le pollen d’un individu ne peut germer sur le stigmate d’une fleur de ce même individu. Ou s’il germe, il ne peut atteindre et féconder les ovules. Cette barrière, à déterminisme génétique, est l’obstacle le plus fréquemment réalisé et le plus efficace contre l’autofécondation.
III. Les pétales et la pollinisation par les insectes
Chez beaucoup de plantes, la pollinisation est assurée par les insectes qui visitent les fleurs. Ils viennent y chercher le nectar et le pollen. Le nectar est un liquide sucré secrété par des glandes, ou nectaires, situées profondément dans la fleur, obligeant l’insecte butineur à y pénétrer, ce qui favorise le dépôt du pollen sur son corps. Chez des plantes comme la sauge, des dispositifs anatomiques déversent le pollen sur le dos de l’insecte lorsque celui-ci pénètre dans la fleur.
Nectar et pollen n’orientent pas le vol des insectes. Ce sont les couleurs vives des pétales, les odeurs qu’ils dégagent qui les attirent.
Les insectes visitent pendant plusieurs jours les fleurs des plantes d’une même espèce. Cela favorise la pollinisation et la fécondation croisées, et donc la reproduction entre des plantes ayant des génotypes différents.
IV. Les brassages génétiques
Les caractéristiques des pièces florales des angiospermes font que chez la majorité d’entre eux il y a une fécondation croisée, c’est-à-dire une fécondation entre des plantes ayant des génotypes différents. Chaque plante est hétérozygote pour de nombreux gènes, et deux plantes qui se croisent peuvent avoir des allèles différents des gènes.
La méiose a lieu dans les étamines et les ovules de chaque plante. Au cours de celle-ci, des brassages génétiques font qu’une plante produit une grande diversité de gamètes. Le brassage intrachromosomique affecte les gènes situés sur un même chromosome par suite de crossing-over ayant lieu au cours de la prophase de la première division de la méiose. Le brassage interchromosomique, qui affecte des gènes situés sur des chromosomes différents à la métaphase-anaphase de la première division de la méiose, amplifie le brassage des gènes.
mot-clé
Chez les animaux, l’ovule désigne le gamète femelle. Chez les angiospermes, il s’agit de la structure, présente dans l’ovaire du pistil, qui renferme le gamète femelle (appelé oosphère).
Le secret de fabrication
Si vous avez le temps, intégrez un schéma montrant un cas simple de brassage génétique au cours de la méiose.
Conclusion
Les caractéristiques des pièces florales font que la pollinisation et la fécondation de la majorité des angiospermes sont croisées (allogamie). Actuellement, les individus d’une espèce présentent une grande diversité génétique, ce qui se traduit par le fait qu’ils sont hétérozygotes pour de nombreux gènes, et ce différemment d’un individu à l’autre. Par suite des brassages génétiques intra- et interchromosomiques à la méiose, chaque individu produit une grande diversité de gamètes mâles et femelles. La fécondation croisée fait que chaque descendant de deux plantes hérite d’un assemblage d’allèles de gènes qui lui est propre.