Domestication des plantes : sélection et amélioration

Complète avec le mot du cours.

1. Une sélection fondée sur l’observation, sans connaissance des gènes, est dite
   Sélection empirique : celle des agriculteurs pendant des millénaires, volontaire ou inconsciente.
2. Un plan de croisements raisonné à l’aide de la génétique est une sélection
   Sélection programmée : elle se développe au XX^e siècle avec la génétique.
3. Une sélection qui résulte seulement d’une façon de semer ou de récolter, sans intention, est
   Sélection inconsciente : un effet mécanique de la pratique, qui change pourtant les allèles transmis.
4. Une gousse ou une capsule qui s’ouvre seule à maturité est
   Elle est déhiscente : elle disperse ses graines, ce qui profite à la plante sauvage.
5. Graines non dispersées, défenses réduites : les plantes cultivées de l’humain pour se reproduire
   Elles dépendent de l’humain, qui récolte et sème à leur place.
6. Quand l’humain choisit les plantes dont il garde les graines, la sélection est dite
   Sélection artificielle, par opposition à la sélection naturelle exercée par le milieu.
7. La plante cultivée et l’humain tirent chacun profit de l’autre : leur relation est
   Relation mutualiste : l’humain sème et étend la plante, la plante le nourrit.
8. Le maïs, le haricot et la courge ont été domestiqués dans le foyer de
   En Mésoamérique, un foyer indépendant de celui du Croissant fertile.

Écris S si le caractère avantage la plante à l’état sauvage, C s’il avantage l’agriculteur.

1. Graines qui germent toutes dans la semaine qui suit le semis →
   C : levée groupée, culture homogène et récolte simultanée.
2. Capsule qui s’ouvre seule et projette les graines →
   S : la plante dissémine sa descendance sans aide.
3. Graines protégées par une enveloppe dure, difficile à retirer →
   S : l’enveloppe protège la graine des animaux et du dessèchement.
4. Fruits sans substance amère →
   C : plus agréables à consommer, mais moins défendus contre les herbivores.
5. Floraison étalée sur plusieurs semaines →
   S : une gelée ou une sécheresse ne détruit pas toutes les fleurs.
6. Tiges dressées et groupées, tous les épis mûrs en même temps →
   C : une seule récolte suffit.
7. Épi qui reste entier après la maturité →
   C : les grains attendent la récolte au lieu de tomber au sol.
8. Tiges et feuilles couvertes d’épines →
   S : une défense physique contre les herbivores.

Sur 1 000 graines semées, 20 % sont sans dormance et germent toutes ; parmi les dormantes, 10 % seulement germent la première saison. Seules les plantes levées donnent les semences suivantes (caractère héréditaire, même production par plante).

1. Nombre de plantes sans dormance levées :
   $1000\times 0,20=$ 200 : toutes germent.
2. Nombre de plantes dormantes levées :
   Graines dormantes : $1000-200=800$, dont 10 % lèvent : $800\times 0,10=$ 80.
3. Part des plantes sans dormance parmi les plantes levées : % (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{200}{200+80}}={\displaystyle \frac{200}{280}}\approx 0,714$, soit 71 % environ, contre 20 % dans le semis.
4. À la génération suivante, avec la même règle, cette part passe à % (à l’unité)
   Part semée sans dormance : $\frac{5}{7}$ ; dormante : $\frac{2}{7}$, dont un dixième lève. Plantes levées : $\frac{5}{7}+\frac{0,2}{7}=\frac{5,2}{7}$. Part : ${\displaystyle \frac{5}{5,2}}\approx 0,962$, soit 96 % environ.
5. Les graines dormantes restées en terre lèvent trop tard : leurs plantes ne sont pas avec le reste du champ
   Elles ne sont pas récoltées, donc pas ressemées : personne ne cherche à supprimer la dormance, c’est une sélection inconsciente.
6. À l’état sauvage, la dormance est avantageuse : une mauvaise ne détruit pas toute la descendance
   Une mauvaise année : les graines restées dormantes germeront plus tard. Au champ, cet avantage disparaît.

Complète, à propos du maïs et des variétés.

1. Le maïs a été domestiqué il y a environ 9 000 ans dans le sud-ouest du
   Du Mexique, dans la vallée du Balsas, à partir d’une téosinte.
2. L’allèle maïs de tb1, plus exprimé, donne une plante au port
   Un port compact, à tige principale et à ramifications très courtes.
3. Le gène dont une mutation ponctuelle libère le grain de son enveloppe est
   tga1 : ici, c’est la protéine qui change.
4. Une variété est homogène, stable et des autres variétés
   Distincte : ce sont les trois critères d’une variété (distinction, homogénéité, stabilité).
5. Le passage de quelques populations sauvages seulement dans les champs est un goulot d’
   Un goulot d’étranglement : une partie des allèles sauvages n’est jamais entrée dans les champs.
6. Le gène fw2.2 de la tomate agit sur la du fruit
   Sur la masse du fruit, de 30 % au plus : d’autres gènes ont ajouté leurs effets.
7. Les variétés d’une espèce cultivée doivent leurs différences à des dans des gènes particuliers
   À des mutations, apparues au hasard puis retenues par la sélection.
8. Chez le chou de Bruxelles, la sélection a développé les bourgeons le long de la tige
   Les bourgeons latéraux (axillaires) : chaque « petit chou » est un bourgeon.

On croise une forme cultivée et sa forme sauvage, puis les F1 entre elles. Pour $n$ gènes indépendants à deux allèles, une F2 est de type sauvage avec la probabilité ${\left(\frac{1}{4}\right)}^n$.

1. Pour $n=1$ : une plante F2 sur
   Les F1 sont hétérozygotes ; la probabilité d’être homozygote pour l’allèle sauvage vaut $\frac{1}{2}\times \frac{1}{2}=\frac{1}{4}$ : une sur 4.
2. Pour $n=2$ : une plante F2 sur
   ${\left(\frac{1}{4}\right)}^2=\frac{1}{16}$ : une sur 16.
3. Pour $n=3$ : une plante F2 sur
   ${\left(\frac{1}{4}\right)}^3=\frac{1}{64}$ : une sur 64.
4. Pour $n=5$ : une plante F2 sur
   $4^5=1024$ : une sur 1 024.
5. On observe environ une plante de type sauvage sur 70. Nombre de gènes estimé :
   $\frac{1}{70}$ est proche de $\frac{1}{64}$ et loin de $\frac{1}{256}$ : environ 3 gènes à effet majeur.
6. On observe 6 plantes de type sauvage sur 6 000. Nombre de gènes estimé :
   $\frac{6}{6000}=\frac{1}{1000}$, très proche de $\frac{1}{1024}$ : environ 5 gènes.
7. On observe 40 plantes de type sauvage sur 640. Nombre de gènes estimé :
   $\frac{40}{640}=\frac{1}{16}$ : exactement 2 gènes dans ce modèle.
8. Pour $n=4$, sur une F2 de 50 000 plantes, on attend environ plantes de type sauvage (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{50000}{256}}\approx 195,3$ : environ 195 plantes.

Raisonne sur les variétés et la diversité.

1. Un jardinier laisse fleurir côte à côte un brocoli et un chou-rave, puis ressème les graines du brocoli. Une partie de ces graines vient du pollen du
   Du chou-rave : le chou se reproduit surtout par pollinisation croisée, et les insectes ont porté le pollen d’une variété à l’autre.
2. Les plantes nées de ces graines hybrides sont fertiles, car les deux variétés appartiennent à la même
   À la même espèce : deux variétés sont interfécondables et leurs descendants sont fertiles.
3. Ces plantes, ni brocolis ni choux-raves typiques, ont des formes et variables
   Des formes intermédiaires et variables : elles réunissent des allèles des deux variétés, brassés à la méiose.
4. Pour conserver sa variété de brocoli, le jardinier aurait dû ses porte-graines des autres variétés
   Les isoler : à distance des autres variétés, le brocoli ne reçoit que son propre pollen.
5. L’allèle maïs de tb1 existait déjà chez la téosinte : la domestication ne l’a pas
   Elle ne l’a pas créé : l’allèle était déjà présent dans des populations de téosinte, la sélection l’a rendu majoritaire chez le maïs.

Compte les chromosomes.

1. Chou (CC, $2n=18$) : un gamète porte chromosomes
   $\frac{18}{2}=$ 9 : un lot C.
2. Hybride navette (AA, $2n=20$) × chou (CC, $2n=18$) : chromosomes
   Gamètes A ($n=10$) et C ($n=9$) : $10+9=$ 19 chromosomes sans homologue.
3. Après doublement, le colza (AACC) a $2n=$
   $2\times 19=$ 38 : c’est bien le colza, Brassica napus.
4. Le caféier arabica ($2n=44$) est un allotétraploïde né de deux espèces de même nombre de chromosomes. Chacune a $2n=$
   Avant doublement, l’hybride avait $44÷2=22$ chromosomes, soit $11+11$ : chaque parent (Coffea canephora, C. eugenioides) a $2n=2\times 11=$ 22.
5. Un gamète de caféier arabica porte chromosomes
   $44÷2=$ 22 : un lot de chaque génome parental ($11+11$). Piège : répondre 11, la valeur d’un seul génome.
6. Une espèce à $2n=12$ s’hybride avec une espèce à $2n=34$ : l’hybride a chromosomes
   $6+17=$ 23.
7. Après doublement, il en a
   $2\times 23=$ 46 : chaque chromosome a désormais un homologue.
8. Blé tendre (AABBDD, $2n=42$) × seigle (RR, $2n=14$) : l’hybride a chromosomes
   Gamètes ABD ($n=21$) et R ($n=7$) : $21+7=$ 28.

Écris F (fertile) ou S (stérile).

1. Hybride AB d’une espèce AA et d’une espèce BB →
   S : aucun chromosome n’a d’homologue, la méiose échoue.
2. Plante AABB obtenue par doublement de cet hybride →
   F : chaque chromosome retrouve un homologue.
3. Hybride F1 de deux lignées pures de colza →
   F : une seule espèce, des chromosomes homologues deux à deux.
4. Hybride de deux espèces de génomes différents, à $2n=16$ chacune →
   S : 16 chromosomes comme ses parents, mais aucun homologue.
5. Hybride ABDR (blé tendre × seigle), non doublé →
   S : les quatre lots A, B, D et R sont présents en un seul exemplaire.
6. Descendant de deux populations éloignées d’une même espèce, AA × AA →
   F : les génomes sont homologues.

Raisonne sur la polyploïdie.

1. L’hybride ABDR doublé donne un triticale à $2n=$
   $2\times 28=$ 56 : un triticale octoploïde.
2. Ce triticale compte lots de 7 chromosomes
   $\frac{56}{7}=$ 8 : AABBDDRR, octoploïde.
3. Sans doublement, les gamètes formés par un hybride entre espèces ont des lots de chromosomes
   Déséquilibrés : sans homologues, les chromosomes se répartissent au hasard à la méiose, et ces gamètes ne sont pas viables.
4. Le blé tendre est apparu dans des champs cultivés il y a environ ans
   Il y a environ 9 000 ans : l’agriculture a mis l’amidonnier cultivé au contact d’une graminée sauvage, Aegilops tauschii.
5. Colza (AACC) × navette (AA) : l’hybride a chromosomes
   Gamètes AC ($n=19$) et A ($n=10$) : $19+10=$ 29, de formule AAC.
6. Dans cet hybride AAC, ce sont les chromosomes du génome qui n’ont pas d’homologue
   Ceux du génome C : les A trouvent leurs homologues, les 9 chromosomes C non.

Nomme la technique utilisée.

1. Chaque automne, un agriculteur garde pour le semis les graines des 50 plus beaux pieds de sorgho →
   Sélection massale : aucune connaissance génétique n’est nécessaire.
2. Un semencier croise chaque année deux lignées pures de tournesol et vend les graines →
   Production d’hybrides F1 : des plantes homogènes et vigoureuses.
3. Des chercheurs introduisent dans le génome du papayer un gène venu d’un virus →
   Transgénèse : le gène vient d’un organisme très éloigné.
4. On croise deux graminées, puis on traite l’hybride stérile à la colchicine →
   Hybridation interspécifique suivie d’une polyploïdisation : une espèce nouvelle.
5. On modifie à un endroit précis un gène de maturation de la tomate, sans ADN étranger →
   Édition du génome, par exemple avec CRISPR-Cas9.
6. On autoféconde pendant huit générations la descendance d’un pied choisi →
   Sélection généalogique : on obtient une lignée pure.
7. On repère dès la plantule, par une analyse d’ADN, les porteurs d’un allèle →
   Sélection assistée par marqueurs : on gagne des années sans attendre la plante adulte.
8. On recroise plusieurs fois avec la variété les descendants qui portent une résistance →
   Rétrocroisements : on récupère le génome de la variété en gardant l’allèle voulu.

Calcule. Part moyenne du génome du donneur, puis vigueur hybride d’un maïs (lignées L1 : 4,7 t/ha, L2 : 5,3 t/ha, F1 : 11,9 t/ha, F2 : 8,4 t/ha).

1. Part du génome du donneur en F1 : %
   La F1 reçoit un gamète de chaque parent : 50 %.
2. Après un rétrocroisement (BC1) : %
   ${\left(\frac{1}{2}\right)}^2=\frac{1}{4}$ : 25 %.
3. Après BC4 : % (au millième)
   ${\left(\frac{1}{2}\right)}^5=\frac{1}{32}=0,03125$ : 3,125 %.
4. Après BC5 : % (au dixième)
   ${\left(\frac{1}{2}\right)}^6=\frac{1}{64}=0,015625$ : environ 1,6 %.
5. Nombre minimal de rétrocroisements pour passer sous 1 % :
   BC5 : 1,56 % ; BC6 : $\frac{1}{128}\approx 0,78$ % : il faut 6 rétrocroisements.
6. Nombre minimal de rétrocroisements pour passer sous 0,5 % :
   Il faut $2^{n+1}>200$ : $2^7=128$ ne suffit pas, $2^8=256$ oui, donc $n+1=8$ : 7 rétrocroisements (0,39 %).
7. Gain de rendement de la F1 sur le meilleur parent : % (à l’unité)
   Meilleur parent : L2. ${\displaystyle \frac{11,9-5,3}{5,3}}={\displaystyle \frac{6,6}{5,3}}\approx 1,245$, soit 125 % de plus environ : c’est l’hétérosis.
8. Baisse de rendement de la F2 par rapport à la F1 : % (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{11,9-8,4}{11,9}}={\displaystyle \frac{3,5}{11,9}}\approx 0,294$ : environ 29 % de baisse.

Chez l’orge, diploïde, les plantes à deux allèles non fonctionnels du gène MLO résistent à l’oïdium, champignon des feuilles. Le blé tendre porte trois gènes MLO, un par génome (A, B, D) ; on en inactive par édition du génome. Surface foliaire infectée (données simplifiées) : aucun inactivé 71 % ; A 64 % ; A et B 38 % ; A, B et D 3 %.

1. Une cellule de feuille de blé tendre contient allèles MLO
   Le blé est AABBDD : trois gènes MLO, chacun en deux allèles, $3\times 2=$ 6. Piège : répondre 3.
2. Avec A et B inactivés, la surface infectée baisse de % par rapport au blé non modifié (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{71-38}{71}}={\displaystyle \frac{33}{71}}\approx 0,465$ : environ 46 % de baisse, mais 38 % des feuilles restent infectées.
3. Avec A, B et D inactivés, l’infection est environ fois plus faible qu’au départ (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{71}{3}}\approx 23,7$ : environ 24 fois moins.
4. Un seul gène MLO resté actif suffit à laisser la plante à l’oïdium
   Sensible : avec D seul actif, 38 % des feuilles sont infectées. Les trois gènes ont la même fonction.
5. Obtenir par mutations spontanées un blé dont tous les allèles MLO sont non fonctionnels serait très
   Très improbable : six mutations rares et indépendantes dans une même plante, et les intermédiaires, sensibles, ne sont pas repérables. Chez l’orge, deux suffisent sur un seul gène : des orges résistantes sont cultivées depuis des décennies.

Complète avec le mot du cours.

1. L’agriculture moderne a remplacé de nombreuses variétés locales par quelques variétés , homogènes et très productives
   Des variétés élites, issues d’un petit nombre de parents et cultivées sur d’immenses surfaces.
2. Le goulot de la domestication, puis l’agriculture moderne, ont réduit deux fois la diversité des plantes cultivées
   La diversité allélique : moins d’allèles par gène.
3. Les engrais et les pesticides apportés à une culture sont des
   Des intrants, que les ressources génétiques peuvent aider à réduire.
4. Utiliser un insecte prédateur ou parasite contre un ravageur, c’est la lutte
   La lutte biologique.
5. Cultiver une même variété, ou des variétés très proches, sur d’immenses surfaces, c’est l’ génétique
   L’homogénéisation génétique des populations végétales.
6. Alterner les cultures d’une année à l’autre sur une même parcelle, c’est la des cultures
   La rotation : le parasite d’une culture perd son hôte.

Calcule. Chez le haricot, nombre moyen d’allèles par gène sur 20 gènes (données simplifiées) : populations sauvages 9,6 ; variétés locales 6,2 ; variétés modernes 3,1.

1. Perte entre les populations sauvages et les variétés modernes : % (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{9,6-3,1}{9,6}}={\displaystyle \frac{6,5}{9,6}}\approx 0,677$ : environ 68 %.
2. Perte lors de la domestication (sauvages → variétés locales) : % (à l’unité)
   ${\displaystyle \frac{9,6-6,2}{9,6}}={\displaystyle \frac{3,4}{9,6}}\approx 0,354$ : environ 35 %, c’est le goulot d’étranglement.
3. Des variétés locales aux variétés modernes, le nombre d’allèles est divisé par
   $\frac{6,2}{3,1}=$ 2 : la seconde perte, due à l’agriculture moderne.
4. Champ d’une seule variété sensible : chaque plante malade en contamine 5 au cycle suivant. Plantes contaminées au 3^e cycle, à partir d’une :
   5 au 1^er cycle, 25 au 2^e, $5^3=$ 125 au 3^e.
5. Même champ semé en mélange avec 40 % de plantes résistantes, les spores tombant au hasard. Plantes contaminées au 3^e cycle :
   $5\times 0,40=2$ contaminations sur 5 échouent : il en reste 3 par plante malade, $3^3=$ 27.
6. Au 3^e cycle, le mélange compte environ fois moins de plantes contaminées (au dixième)
   ${\displaystyle \frac{125}{27}}\approx 4,63$ : environ 4,6 fois moins. Le mélange freine la maladie sans l’arrêter.

Depuis 1990, un conservatoire garde 120 variétés locales de lentille de deux façons : en graines, en chambre froide, et en culture chez des agriculteurs. En 2030, une nouvelle souche d’un champignon apparaît : 6 variétés cultivées chez les agriculteurs lui résistent, alors que les graines des mêmes variétés gardées en chambre froide donnent des plantes sensibles (données fictives).

1. Part des variétés cultivées chez les agriculteurs qui résistent à la souche : %
   ${\displaystyle \frac{6}{120}}=0,05$ : 5 %.
2. Les variétés entretenues par les agriculteurs relèvent de la conservation
   Conservation in situ : les plantes vivent dans leur milieu de culture, au contact des parasites.
3. Les graines de chambre froide sont restées sensibles, car elles n’ont pas depuis 1990
   Elles n’ont pas évolué : stockées, elles ne subissent aucune sélection.
4. Au champ, des allèles de résistance, apparus par mutation ou déjà rares dans la variété, ont été retenus par une sélection exercée par le champignon
   Une sélection naturelle : les plantes résistantes ont mieux produit et laissé plus de graines.
5. Pour transférer cette résistance dans une variété élite en gardant son rendement, on fait des successifs
   Des rétrocroisements avec la variété élite, en ne gardant à chaque génération que les plantes résistantes.
6. La banque reste utile, à condition de ressemer régulièrement ses graines pour qu’elles restent
   Viables : stockées trop longtemps, les graines perdent leur capacité à germer. Ex situ et in situ sont complémentaires.

Complète avec le mot du cours.

1. L’amylase salivaire commence dans la bouche la digestion de l’
   De l’amidon des graines et des tubercules.
2. Les copies supplémentaires d’un gène proviennent de
   De duplications, des mutations qui apparaissent au hasard.
3. L’oméga-3 à chaîne courte apporté par les plantes est l’acide
   L’acide α-linolénique.
4. Les oméga-3 à longue chaîne sont indispensables au cerveau et à la
   À la rétine : d’où l’importance de leur apport ou de leur synthèse.
5. La persistance de la lactase, étudiée en 1^re, est un autre exemple, lié à l’
   À l’élevage : la consommation de lait a favorisé l’allèle de persistance.
6. Plantes et humains se sont sélectionnés mutuellement : c’est une
   Une coévolution.

Chaque chromosome porte un certain nombre de copies d’AMY1. Une mère a deux chromosomes à 2 et 7 copies ; le père, deux chromosomes à 4 et 6 copies.

1. La mère porte copies
   $2+7=$ 9 copies.
2. Le père porte copies
   $4+6=$ 10 copies.
3. Un enfant peut en avoir au plus
   Chromosome à 7 copies de la mère et à 6 du père : $7+6=$ 13.
4. Un enfant peut en avoir au moins
   $2+4=$ 6 copies.
5. Nombre de combinaisons de chromosomes possibles pour un enfant :
   Deux chromosomes possibles de la mère, deux du père : $2\times 2=$ 4 combinaisons (6, 8, 11 ou 13 copies).
6. Probabilité qu’un enfant ait exactement 11 copies :
   Une seule combinaison sur 4 ($7+4$) : $\frac{1}{4}$.
7. Le chimpanzé a 2 copies ; une personne qui en a 14 en a fois plus
   $\frac{14}{2}=$ 7.

Fréquence, en Europe, d’un allèle de FADS qui augmente la synthèse des oméga-3 à longue chaîne (données simplifiées) : chasseurs-cueilleurs il y a 8 500 ans, 15 % ; premiers agriculteurs il y a 7 000 ans, 30 % ; Européens actuels, 65 %.

1. Hausse de la fréquence entre les premiers agriculteurs et aujourd’hui : points
   $65-30=$ 35 points.
2. À raison de 25 ans par génération, les 7 000 ans écoulés depuis les premiers agriculteurs représentent générations
   $7000÷25=$ 280 générations pour une hausse de 35 points : la sélection agit lentement.
3. Avec un régime surtout végétal, pauvre en oméga-3 à longue chaîne, les porteurs de l’allèle étaient avantagés : c’est une sélection
   Une sélection naturelle : l’agriculture a changé le régime, donc le milieu.
4. Le passage à l’agriculture a pris quelques générations, la hausse de l’allèle des centaines : l’évolution est la plus rapide
   L’évolution culturelle, transmise par apprentissage ; l’évolution biologique passe par les gènes, de parents à enfants.
5. Si cette population adoptait durablement un régime riche en poisson, l’avantage de cet allèle
   Il disparaîtrait : la sélection favorise l’allèle qui convient au régime du moment, pas un « meilleur » allèle.
6. Chez les Inuits, à l’alimentation marine, la sélection a favorisé des allèles qui cette synthèse
   Qui la diminuent : leur alimentation apporte déjà beaucoup d’oméga-3 à longue chaîne.