La domestication des plantes

On compare le riz sauvage (Oryza rufipogon) et le riz cultivé (Oryza sativa) (données simplifiées).

1. Pour l'égrenage spontané et pour la germination, expliquer l'intérêt de chaque forme pour la plante sauvage, puis pour l'agriculteur.
2. La faible chute des grains du riz cultivé est due en partie à une mutation d'un gène (sh4) qui intervient dans la formation d'une zone de rupture à la base du grain. Expliquer comment cet allèle muté est devenu majoritaire dans les populations cultivées.
3. Un élève écrit : « Le riz cultivé est mieux adapté que le riz sauvage. » Expliquer l'erreur.

Le cotonnier le plus cultivé au monde, Gossypium hirsutum, a pour formule AADD ($2n=52$). Il est issu d'une hybridation naturelle, survenue il y a plus d'un million d'années, entre une espèce à génome A ($2n=26$) et une espèce à génome D ($2n=26$), suivie d'un doublement du nombre de chromosomes. Il a ensuite été domestiqué en Amérique centrale pour ses fibres.
a) Donner la formule génomique et le nombre de chromosomes des gamètes de chaque espèce parentale, puis de l'hybride direct.

1. L'hybride direct possède autant de chromosomes que chacun de ses parents. Expliquer pourtant pourquoi il est stérile.
2. Montrer que le doublement du nombre de chromosomes explique à la fois la formule et la fertilité de G. hirsutum.
3. Expliquer en quoi cette hybridation diffère de la domestication, puis citer une espèce cultivée née par le même mécanisme dans des champs cultivés.

Chez l'orge, les plantes portant deux allèles non fonctionnels du gène MLO sont résistantes à l'oïdium, champignon parasite des feuilles ; de telles orges sont cultivées depuis plusieurs décennies. Chez le blé tendre, le gène MLO existe en trois exemplaires, un par génome (A, B et D). Des chercheurs ont inactivé ces exemplaires par édition du génome (CRISPR-Cas9). Résultats simplifiés :

1. Expliquer pourquoi le blé tendre possède trois exemplaires du gène MLO.
2. Analyser les résultats du tableau et conclure.
3. Expliquer pourquoi il était très improbable d'obtenir ce blé résistant par simple sélection de mutants spontanés, alors que cela a été possible chez l'orge.

Le croisement d'un maïs et d'une téosinte donne une F1 fertile. En croisant entre elles des plantes F1, on obtient une F2 d'environ 50 000 plantes ; environ une plante sur 500 ressemble au parent téosinte pour l'ensemble des caractères étudiés. On suppose que les différences sont dues à $n$ gènes indépendants, à deux allèles chacun, et qu'une plante ne ressemble complètement à la téosinte que si elle est homozygote pour l'allèle « téosinte » de chacun de ces gènes.
a) Que permet de conclure la fertilité de la F1 ?

1. Montrer que, si un seul gène était en cause, une plante F2 sur 4 ressemblerait au parent téosinte.
2. Montrer qu'avec $n$ gènes indépendants la proportion attendue est ${\left(\frac{1}{4}\right)}^n$, puis estimer $n$ à partir des données.
3. Conclure sur les bases génétiques de la domestication du maïs et sur sa relative rapidité.

On a mesuré le nombre moyen d'allèles par locus, sur 20 loci, chez le haricot commun (données simplifiées) : populations sauvages 9,6 ; variétés locales traditionnelles 6,2 ; variétés modernes 3,1.
a) Calculer, en pourcentage, la perte de diversité entre les populations sauvages et les variétés modernes.

1. Expliquer les deux étapes de cette perte.
2. Expliquer pourquoi cette perte constitue un risque pour l'agriculture future.
3. Proposer deux modes complémentaires de conservation de la biodiversité cultivée et préciser l'intérêt propre de chacun.