Exercice corrigé Ancien programme

Les tomates gm

Les sols salés dégradés et difficilement cultivables sont nombreux sous les climats secs. C'est l'évaporation de l'eau du sol sous l'effet de la chaleur qui provoque la remontée des sels minéraux et leur cristallisation.

L'excès de sel dans une plante entraîne une perte importante d'eau des cellules, ce qui perturbe les réactions biochimiques et peut entraîner leur mort.

Certaines plantes sont adaptées aux fortes concentrations en sel, elles empêchent la sortie de l'eau de leurs cellules en concentrant leur vacuole (compartiment cellulaire de réserve) en ions Na+.

On a identifié chez l'Arabidopsis thaliana (une plante très utilisée en laboratoire) le gène NHX1 qui code pour une protéine de la membrane vacuolaire responsable du transport des ions Na+ du cytoplasme vers la vacuole. Ce gène a été cloné et ajouté au matériel génétique de la tomate par transgénèse. On obtient une tomate transgénique NHX1.

À partir des informations issues des documents et de vos connaissances, dégagez les arguments permettant de justifier l'intérêt de ces tomates transgéniques NHX1 pour l'agriculture.

Identifier la problématique sous-jacente liée à la difficulté de cultiver des plantes en milieu salé et la poser clairement en utilisant le document 10.

Doc 10 Cultures expérimentales de tomates

a. Tomates sauvages poussant sur un milieu riche en sel (200 mM de NaCl).

b. Tomates transgéniques poussant sur un milieu riche en sel (200 mM de NaCl).

c. Tomates sauvages poussant sur un milieu pauvre en sel.

a. b. c.

Doc 11 Expression du gène NHX1 chez l'OGM

Des extraits protéiques provenant de tomates sauvages (1 à 3) et de tomates transgéniques (4 à 6) sont comparés par électrophorèse. Ces extraits sont obtenus à partir de membranes vacuolaires (1 et 4), de membranes nucléaires (2 et 5) et de membranes plasmiques (3 et 6). La présence de la protéine NHX1 est révélée par un anticorps spécifique couplé à une molécule colorée.

Se souvenir que les cellules végétales possèdent deux éléments caractéristiques par rapport aux cellules animales : une paroi squelettique et une vacuole. Celle-ci sert à stocker des substances et permet d'éviter leur effet toxique sur le cytoplasme. Pour exploiter les résultats du document 11, faire bien attention à comparer des « objets » de même nature : l'étude entre dans le détail des constituants cellulaires.

Doc 12 Comparaison des concentrations en ions Na+ dans des plants
de tomate sauvage et NHX1 sur sol normal et sur sol sursalé (200 mM
de NaCl)

L'étude des documents 10 à 12 permet de montrer l'intérêt des tomates transgéniques NHX1 pour la culture sur des sols salés dégradés.

La comparaison des plants de tomates sauvages (témoins) et des tomates transgéniques permet de montrer que les OGM se développent sur sols salés alors que les formes sauvages ne poussent pas. Un OGM se développe comme un plant sauvage sur sol non salé.

Interprétation : L'excès de sel dans la plante sauvage entraîne une perte importante d'eau des cellules qui perturbe les réactions biochimiques et peut entraîner leur mort. La plante ne peut croître et faire correctement la photosynthèse. Les tomates GM ne semblent pas sensibles à l'excès de sel, elles ont une croissance et une photosynthèse normales.

Conclusion : Les tomates transgéniques NHX1 peuvent être cultivées sur sol salé, ce qui permet l'utilisation de ces sols stériles pour d'autres plantes.

Le gène NHX1 prélevé chez l'Arabidopsis thaliana est transféré par transgénèse pour donner la tomate NHX1.

L'électrophorèse comparée des protéines membranaires de tomates sauvages et transgéniques montre que la protéine NHX1 n'est présente que chez les tomates transgéniques et uniquement au niveau de la membrane de leurs vacuoles.

Interprétation : La présence du gène NHX1 dans le génome des tomates transgéniques leur permet de produire la protéine NHX1 au niveau de la membrane de la vacuole de leurs cellules.

Conclusion : C'est la présence du gène NHX1 et donc de la protéine vacuolaire correspondante qui permet la survie des tomates transgéniques sur sols salés en empêchant la sortie de l'eau de leurs cellules.

La concentration en ions sodium (Na+) dans un plant de tomate sauvage ou transgénique poussant sur sol non salé est de 0,1 mg/100 mg de poids sec. Le Na+ constitue donc 0,1 % de la matière sèche de la plante. La concentration en ions sodium (Na+) dans un plant de tomate transgénique poussant sur sol sur salé est de 0,7 mg/100 mg de poids sec, soit 0,7 % de la matière sèche de la plante. Il y a donc 7 fois plus d'ions sodium dans une tomate transgénique sur sol salé que sur sol normal.

Interprétation : La tomate transgénique a la capacité de stocker des ions sodium lorsqu'elle est en milieu sursalé.

Conclusion : C'est le stockage d'ions sodium dans les plantes NHX1 qui leur permet de retenir l'eau en milieu sursalé et de vivre normalement.

Bilan

Les cellules de tomates transgéniques NHX1 ont un gène de l'Arabidopsis thaliana en plus ce qui leur permet de produire la protéine NHX1 au niveau de leur membrane vacuolaire. Cette protéine permet de transfert d'ions Na+ et leur stockage dans la vacuole. La cellule très concentrée ne perd plus d'eau même si le milieu extérieur est très salé. Elle peut donc pousser sur des sols salés dégradés ce que la tomate sauvage ne peut faire.

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