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La domestication des plantes
Sélection par l'être humain (téosinte et maïs, blé), traits de domestication, techniques d'amélioration (hybridation, sélection, génie génétique), enjeux de biodiversité cultivée (programme de Terminale spécialité SVT)
À propos de cette page
Ce cours d' en terminale sur « La domestication des plantes » suit le programme officiel d' de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'essentiel, Les traits de domestication : ce que la culture a sélectionné, Téosinte et maïs : quelques gènes, de grands effets, Le blé : domestication et hybridations successives. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en .
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L'essentiel
Domestication. Processus par lequel l'être humain, en cultivant une espèce sauvage et en ressemant génération après génération une partie de sa récolte, modifie ses caractères héréditaires jusqu'à obtenir une plante cultivée, souvent incapable de se maintenir seule dans la nature. Elle débute au Néolithique, il y a environ 10 000 ans, dans plusieurs foyers indépendants : Croissant fertile (blé, orge, pois, lentille), Mésoamérique (maïs, haricot, courge), Chine (riz), Andes (pomme de terre), Afrique sahélienne (sorgho, mil).
Sélection. Choix des individus dont on garde les graines pour la génération suivante. Elle est volontaire (garder les plus gros épis) ou empirique et inconsciente (effet involontaire d'une façon de récolter). Elle modifie les fréquences des allèles dans la population cultivée.
Variété. Ensemble d'individus d'une même espèce, distinct, homogène et stable, obtenu par sélection et adapté à des conditions données (sol, climat, usage). Exemple : betterave sucrière, betterave potagère, bette et betterave fourragère sont des variétés d'une seule espèce, Beta vulgaris.
Hybridation. Croisement entre deux individus génétiquement différents : deux variétés d'une même espèce, ou deux espèces distinctes (hybridation interspécifique).
Génie génétique. Techniques qui modifient directement l'ADN : transgénèse (ajout d'un gène d'une autre espèce) et édition du génome (modification ciblée d'un gène de la plante elle-même).
Biodiversité cultivée. Diversité des espèces cultivées, de leurs variétés et des allèles qu'elles portent, à laquelle s'ajoutent leurs espèces sauvages apparentées.
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Les traits de domestication : ce que la culture a sélectionné
Le champ est un milieu nouveau (sol travaillé, semis, récolte) où les caractères avantageux ne sont plus ceux du milieu sauvage. L'ensemble des différences héréditaires entre une plante cultivée et son ancêtre sauvage forme le syndrome de domestication.
| Caractère | Plante sauvage : intérêt pour sa survie | Plante cultivée : intérêt pour l'agriculteur |
|---|---|---|
| Dispersion des graines | épi ou fruit qui s'ouvre seul : les graines se dispersent | graines retenues sur la plante : tout peut être récolté |
| Dormance | germination étalée : une mauvaise année ne détruit pas toute la descendance | germination rapide et groupée après le semis |
| Graines, fruits | petits, nombreux, protégés par des enveloppes dures | plus gros, faciles à décortiquer |
| Défenses chimiques | substances amères ou toxiques contre les herbivores | goût doux, moins de toxines |
| Architecture | plante ramifiée, floraison étalée | port compact, maturité groupée |
Conséquence. Un caractère favorable à la culture est souvent défavorable à l'état sauvage : un blé à rachis non fragile ne disperse plus ses grains et dépend de l'humain pour être semé.
Sélection inconsciente. Récolter à la faucille des épis mûrs puis ressemer une partie de la récolte enrichit la population en épis non fragiles, car les épis fragiles ont déjà perdu leurs grains au moment de la récolte. Aucune intention n'est nécessaire.
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Téosinte et maïs : quelques gènes, de grands effets
Le maïs (Zea mays) a été domestiqué il y a environ 9 000 ans dans le sud-ouest du Mexique (vallée du Balsas), à partir d'une téosinte (Zea mays subsp. parviglumis). Malgré leur allure très différente, maïs et téosinte appartiennent à la même espèce : leur croisement donne des hybrides fertiles.
| Caractère | Téosinte | Maïs |
|---|---|---|
| Tiges | nombreuses ramifications latérales longues | une tige principale, ramifications très courtes |
| Épis femelles | nombreux et petits, 5 à 12 grains | un à trois, plusieurs centaines de grains |
| Grains | enfermés dans une enveloppe dure | nus, accessibles |
| À maturité | l'épi se désarticule et disperse ses grains | l'épi reste entier |
Un petit nombre de gènes à effet majeur. tb1 (teosinte branched 1) : l'allèle du maïs est plus fortement exprimé et freine la croissance des ramifications latérales ; la différence porte sur une séquence régulatrice située en amont du gène, pas sur la protéine. tga1 (teosinte glume architecture 1) : une mutation ponctuelle modifie la protéine et libère le grain de son enveloppe. De nombreux gènes à effets plus faibles complètent le tableau.
À retenir. La domestication a sélectionné des allèles (apparus par mutation au hasard, souvent déjà présents à faible fréquence dans les populations sauvages) ; elle n'a pas créé de gènes nouveaux.
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Le blé : domestication et hybridations successives
Dans le Croissant fertile, il y a environ 10 500 ans, sont domestiqués l'engrain (génome AA, ) et l'amidonnier (AABB, ). Deux caractères y sont sélectionnés : le rachis non fragile (l'épi ne se désarticule plus) et, plus tard, le grain nu (il se libère de ses enveloppes au battage).
L'amidonnier est lui-même issu d'une hybridation naturelle ancienne entre deux graminées diploïdes (génomes A et B), suivie d'un doublement des chromosomes. Le blé tendre (Triticum aestivum), celui du pain, apparaît il y a environ 9 000 ans dans des champs cultivés : un amidonnier cultivé s'hybride spontanément avec une graminée sauvage, Aegilops tauschii (DD, ).
Allopolyploïdisation. L'hybride ABD () est stérile : ses chromosomes n'ont pas d'homologue avec lequel s'apparier à la méiose. Un doublement accidentel du nombre de chromosomes donne AABBDD () : chaque chromosome retrouve un homologue, la méiose redevient normale et la plante est fertile. Le blé tendre est une espèce nouvelle, hexaploïde.
Le blé dur (AABB, ), utilisé pour les pâtes et la semoule, dérive de l'amidonnier. Le blé s'autoféconde le plus souvent (voir le chapitre sur la reproduction de la plante), ce qui facilite l'obtention de lignées homogènes.
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Améliorer les plantes à fleurs cultivées : sélection, hybridation, génie génétique
Sélection massale. Ressemer les graines des plus beaux individus de la population. Méthode simple et lente, qui ne demande aucune connaissance génétique : c'est celle des premiers agriculteurs.
Sélection généalogique. Suivre la descendance d'individus choisis et les autoféconder pendant plusieurs générations pour obtenir des lignées pures (homozygotes), donc des variétés homogènes et stables.
Hybrides F1. Le croisement de deux lignées pures donne une F1 homogène (même génotype hétérozygote pour tous), souvent plus vigoureuse que les deux parents : c'est l'hétérosis (vigueur hybride), exploitée chez le maïs depuis les années 1930. Ressemée, la F2 est hétérogène : l'agriculteur rachète ses semences chaque année.
Rétrocroisement. Pour transférer un allèle (par exemple une résistance portée par une espèce sauvage apparentée) dans une variété performante, on croise les deux, puis on recroise plusieurs fois les descendants avec la variété, en ne gardant à chaque génération que ceux qui portent l'allèle. La part moyenne du génome du donneur est divisée par 2 à chaque rétrocroisement (BC).
Hybridation interspécifique et polyploïdisation. Le croisement de deux espèces, suivi d'un doublement des chromosomes provoqué par la colchicine, crée des espèces qui n'existaient pas : le triticale, issu du blé et du seigle, en est l'exemple le plus cultivé.
Génie génétique. Transgénèse : un gène d'une autre espèce est introduit dans le génome, souvent grâce à une bactérie du sol, Agrobacterium tumefaciens (exemple : le riz doré, enrichi en précurseur de la vitamine A grâce à un gène de maïs et à un gène bactérien). Édition du génome (CRISPR-Cas9) : un gène de la plante est modifié à un endroit précis, sans ajout nécessaire d'ADN étranger. Ces techniques franchissent la barrière des espèces ou font gagner des années de sélection ; dans l'Union européenne, les OGM sont soumis à une réglementation stricte.
Sélection assistée par marqueurs. Repérer par une analyse d'ADN, dès le stade plantule, les individus qui portent l'allèle recherché accélère toutes ces méthodes.
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La biodiversité cultivée : un enjeu d'avenir
La diversité génétique des plantes cultivées a diminué en deux temps : lors de la domestication (goulot d'étranglement : seules quelques populations sauvages ont été mises en culture), puis avec l'agriculture moderne (quelques variétés élites, homogènes, cultivées sur d'immenses surfaces à la place des variétés locales).
Uniformité = vulnérabilité. En Irlande, en 1845-1849, la pomme de terre, multipliée par tubercules à partir de très peu de variétés, est ravagée par le mildiou : la famine fait environ un million de morts. Un parasite qui contourne la résistance d'une variété atteint d'un coup toutes les parcelles qui la cultivent.
Conserver la biodiversité cultivée. Ex situ : banques de graines (la réserve mondiale du Svalbard, en Norvège, ouverte en 2008, conserve plus d'un million d'échantillons), collections vivantes. In situ : variétés locales entretenues par les agriculteurs, apparentés sauvages protégés dans leur milieu, où ils continuent d'évoluer.
Pourquoi conserver ? Ces ressources sont des réservoirs d'allèles (résistance aux maladies, tolérance à la sécheresse ou à la chaleur) indispensables pour adapter les cultures au changement climatique et aux nouveaux parasites. Or trois espèces, le blé, le riz et le maïs, fournissent à elles seules environ la moitié des calories consommées dans le monde.
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Méthodes
Méthode 1 — Comparer une plante cultivée et son ancêtre sauvage
- Relever les différences caractère par caractère, en citant les valeurs du document.
- Pour chacune, donner l'intérêt pour la plante sauvage (dispersion, survie, défense), puis l'intérêt pour l'agriculteur.
- Rappeler que ces différences sont héréditaires : la sélection a retenu des allèles.
- Conclure : caractère sélectionné par l'humain, souvent défavorable à l'état sauvage.
Exemple rédigé. Les amandes des amandiers sauvages sont amères : elles contiennent de l'amygdaline, qui libère du cyanure lorsqu'elles sont mâchées et dissuade les animaux qui consomment les graines. Les amandiers cultivés produisent des amandes douces grâce à une mutation d'un gène qui commande la synthèse de l'amygdaline. Pour l'arbre sauvage, cet allèle est désavantageux, car ses graines sont mangées ; pour l'humain, il rend l'amande comestible. Il a été retenu par sélection, en multipliant les arbres à amandes douces.
Méthode 2 — Suivre les chromosomes lors d'une hybridation interspécifique
- Écrire la formule génomique et le nombre de chaque parent ; un gamète porte chromosomes, un lot de chaque génome.
- L'hybride reçoit un gamète de chaque parent : additionner les deux valeurs de .
- Vérifier si chaque chromosome a un homologue ; sinon, la méiose est anormale et l'hybride stérile.
- Après doublement, chaque chromosome retrouve un homologue : la plante est fertile et isolée de ses parents, c'est une espèce nouvelle.
Exemple rédigé. Moutarde brune (Brassica juncea) : navette (AA, ) × moutarde noire (BB, ). Gamètes : A () et B (). L'hybride AB possède chromosomes, tous sans homologue : il est stérile. Après doublement : AABB, , chaque chromosome a son homologue. On obtient une plante fertile, de formule AABB : c'est bien celle de B. juncea.
Méthode 3 — Calculer la part du génome du donneur au fil des rétrocroisements
- En F1, la moitié du génome vient du donneur.
- Chaque rétrocroisement avec la variété receveuse divise cette part moyenne par 2 : après rétrocroisements (BC$n$), elle vaut .
- Préciser que c'est une moyenne et qu'on ne garde, à chaque génération, que les descendants porteurs de l'allèle recherché.
Exemple rédigé. Après deux rétrocroisements (BC2) : du génome vient en moyenne du donneur, soit 87,5 % de la variété receveuse. À chaque génération, le croisement Rr × rr donne une moitié de descendants Rr, repérés par un test de résistance ; les autres sont éliminés.
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Pièges et erreurs classiques
« Domestiquer, c'est cultiver. » Non : la domestication est une modification génétique et héréditaire de la population cultivée, pas seulement sa mise en culture.
« La plante s'est adaptée pour nourrir l'humain. » Formulation finaliste. Les variants apparaissent par mutation, au hasard ; l'humain a retenu ceux qui l'intéressaient.
« Seuls les OGM ont un génome modifié. » Toutes les plantes cultivées ont un génome transformé par des millénaires de sélection et d'hybridation. Le génie génétique se distingue par sa méthode : une action directe et ciblée sur l'ADN, qui peut franchir la barrière des espèces.
« Maïs et téosinte sont deux espèces. » Non : leur croisement donne des descendants fertiles. De même, les variétés d'une espèce sont interfécondables.
Hybride F1 ≠ hybride interspécifique. L'hybride F1 de deux lignées d'une même espèce est fertile ; l'hybride de deux espèces est en général stérile tant que ses chromosomes ne sont pas doublés. Et ressemer une F1 ne redonne pas la F1.
Banque de graines ≠ conservation complète. Les graines stockées n'évoluent plus et doivent être régulièrement ressemées pour rester viables : la conservation in situ reste indispensable.
En bref
- La domestication, commencée il y a environ 10 000 ans dans plusieurs foyers, a sélectionné (volontairement ou non) des allèles favorables à la culture et souvent défavorables à la vie sauvage : c'est le syndrome de domestication.
- Maïs et téosinte forment une même espèce ; quelques gènes à effet majeur (tb1, tga1) expliquent l'essentiel de leurs différences.
- Le blé tendre (AABBDD, 2n = 42) est né d'hybridations entre espèces suivies de doublements des chromosomes.
- Une espèce compte de nombreuses variétés, adaptées à des sols, des climats et des usages différents.
- Techniques : sélection massale et généalogique, hybrides F1 (hétérosis), rétrocroisement, hybridation interspécifique et polyploïdisation, transgénèse et édition du génome.
- La diversité génétique cultivée a fortement diminué ; la conserver (ex situ et in situ) préserve les capacités d'adaptation et de sélection futures.
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