Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 2 Ancien programme

Obtention d'une variété de blé tendre

Amérique du Nord • Juin 2017

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Obtention d'une variété de blé tendre

L'histoire évolutive complexe du blé, basée sur des phénomènes naturels et des pratiques empiriques de croisements ou de génie génétique, a permis la production d'une variété de blé tendre facilement récoltable et résistant à un champignon parasite, l'oïdium.

À partir de l'étude des documents et de vos connaissances, expliquez les étapes de l'obtention de cette variété de blé tendre facilement récoltable et résistant à l'oïdium.

document 1 Histoire évolutive du blé

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D'après le communiqué de presse du CNRS du 15 novembre 2011

document 2 Le gène Q, élément clé de la domestication du blé

La domestication du blé a permis l'apparition de populations de blé ayant un phénotype différent de celui du blé sauvage.

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© 2006, American Association for the Advancement of Science

À gauche

À droite

Épi de blé indéhiscent* domestiqué dont la tige centrale ou rachis ne se désarticule pas, favorisant ainsi sa récolte.

Épi sauvage dont les épillets sont en train de se disséminer à maturité.

Des chercheurs ont montré que le blé tendre possède trois copies du gène Q, portées respectivement par les génomes A, B, D, et qu'elles contribuent de manière coordonnée aux caractères de domestication.

D'après George Willcox et Ken-Ichi Tanno, Science, 2006

*Indéhiscent : qui ne s'ouvre pas spontanément au moment de la maturité. Ce nouveau caractère issu de la domestication est contrôlé par le gène Q porté par les chromosomes no 5.

document 3 CRISPR-Cas9, une technique de génie génétique

CRISPR-Cas9, découverte récente de deux scientifiques (2012), française pour l'une, Emmanuelle Charpentier, et américaine pour l'autre, Jennifer Doudna, est une technique de génie génétique permettant d'agir spécifiquement sur un gène (mutation, activation, inhibition…).

D'après Pour la Science, no 56, octobre 2015

document 4 Comparaison de deux variétés de blés tendres

Récemment, des biologistes ont réussi à obtenir une variété de blé tendre résistant à un champignon parasite, l'oïdium, en appliquant la technique CRISPR-Cas9.

Pour ce faire, ils sont intervenus sur un gène qui inhibe les défenses naturelles de la plante vis-à-vis de ce champignon.

Particularité du génome de chaque variété de blé tendre pour le gène inhibant les défenses de la plante vis-à-vis de l'oïdium

Variété de blé tendre sensible à l'oïdium

6 exemplaires actifs du gène

Variété de blé tendre résistant à l'oïdium

6 exemplaires mutés du gène par CRISPR-Cas9

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le document sur l'histoire évolutive du blé permet d'aboutir à la conclusion que le blé tendre est une plante polyploïde, précisément hexaploïde, à la suite de deux épisodes d'hybridation dans lesquels l'Homme n'est pas en cause.

Ce document laisse à penser qu'il suffit de réunir par hybridation les génomes des deux espèces parentales pour obtenir un hybride dont le génome est double de celui de chacune d'entre elles. En cours, vous avez peut-être appris que l'hybridation conduit à un hybride diploïde stérile (hybride AB à la suite de la première hybridation), et qu'il faut chez cet hybride un phénomène de duplication du génome pour obtenir un hybride fertile (AABB). N'hésitez pas à l'évoquer dans votre réponse, comme cela est suggéré dans un post-it du corrigé.

Avec le deuxième document, il faut montrer comment l'hexaploïdie du blé tendre a contribué à l'acquisition d'un caractère de la domestication, à savoir l'obtention d'un blé à épi indéhiscent. Là, l'Homme est intervenu en sélectionnant les plantes possédant ce caractère.

Enfin, le dernier document permet d'introduire la notion d'OGM tout en indiquant en quoi la technique utilisée prend en compte la polyploïdie du blé tendre.

Mobiliser ses connaissances

Des mécanismes de diversification des génomes autres que ceux résultant des mutations et des brassages génétiques existent : hybridations suivies de polyploïdisation, transfert par voie virale, etc.

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.

Les techniques du génie génétique permettent d'agir directement sur le génome des plantes cultivées.

Corrigé

Le blé cultivé est une plante domestiquée, il a donc pour origine des plantes sauvages. Nous allons observer les étapes qui ont conduit à obtenir un blé tendre, facilement récoltable et résistant à l'oïdium.

I. Une première phase sans intervention humaine

info

Cette tétraploïdie implique qu'à chaque type de chromosome de T. urtatu correspond un chromosome d'A. speltoïdes.

Le document 1 montre qu'il y a 500 000 ans, une hybridation entre deux espèces sauvages de blé (Triticum urtatu x Aegilops speltoïdes) a eu lieu. Chacune de ces deux espèces était diploïde (n = 7  2n = 14).

Cette hybridation naturelle a conduit à l'apparition d'une nouvelle espèce de blé sauvage (Triticum turgidum), dont le génome comprend les 2n (AA) chromosomes de Triticum urtatu et les 2n chromosomes BB d'Aegilops speltoïdes : la nouvelle variété étant donc tétraploïde (4n = 28).

attention !

En réalité, on a montré que l'hybridation impliquait des gamètes normalement haploïdes et donc que l'hybride obtenu était diploïde, mais stérile à cause d'un mauvais appariement des chromosomes A et B au cours de la méiose. Un doublement du nombre de chromosomes a donc été nécessaire pour que cet hybride devienne tétraploïde et fertile.

Ce document laisse à penser que les gamètes des deux blés sauvages impliqués dans l'hybridation étaient diploïdes, et donc qu'il n'y a pas eu de méiose à l'origine de ces gamètes.

L'espèce tétraploïde T. turgidum devait posséder des caractéristiques intéressantes pour l'Homme, ce qui a conduit ce dernier à la cultiver (il y a environ 100 000 ans).

Le blé cultivé T. turgidum s'est hybridé naturellement avec une autre espèce de blé sauvage de génome DD, ce qui a conduit à l'espèce T. aestivum, dont le génome AABBDD résulte de l'association de celui de T. turgidum (AABB) à celui d'A. tauschii (DD). Ce blé tendre est donc hexaploïde.

En résumé, deux hybridations sont intervenues dans la genèse du blé tendre. La première il y a 500 000 ans, la deuxième il y 9 000 ans.

II. L'exploitation des caractères génétiques du blé tendre

A. La sélection

L'Homme a sélectionné et cultivé le blé tendre car il présentait des épis indéhiscents facilitant sa récolte (document 2). Ce phénotype indéhiscent est dû au génome hexaploïde issu des deux hybridations successives mentionnées précédemment.

En effet, le document 2 indique que le blé tendre possède trois copies du gène Q (donc six allèles). Ces trois copies participent de manière coordonnée au caractère « facilement récoltable » du blé tendre.

L'Homme a sélectionné ce caractère indéhiscent.

B. La résistance à l'oïdium créée par génie génétique

La sensibilité à l'oïdium est due à un gène qui inhibe les défenses naturelles de la plante vis-à-vis de ce champignon. Le blé tendre, puisque hexaploïde, possède six allèles actifs de ce gène inhibiteur.

Pour rendre le blé tendre cultivé résistant à l'oïdium, la technique CRISPR-Cas9, mise au point récemment (2012, document 3), permet d'agir spécifiquement sur chacun de ces allèles en les modifiant de façon à les rendre inactifs : c'est une mutation artificielle provoquée par l'Homme, grâce au génie génétique. Le gène ne s'exprime plus et le blé a donc des défenses naturelles vis-à-vis de ce champignon.

Conclusion

Le blé tendre cultivé résistant à l'oïdium est l'aboutissement d'une longue histoire faisant intervenir :

des phénomènes naturels d'hybridation suivis de sélection par l'Homme 

des manipulations génétiques faisant du blé tendre cultivé un organisme génétiquement modifié (OGM), mais en dehors de tout apport de gènes provenant d'une autre espèce : ce blé OGM est doté d'un phénotype nouveau, celui de résistance à l'oïdium.

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