La morphogenèse végétale et l`établissement du phénotype
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La morphogenèse végétale et l’établissement du phénotype Proposition 1ère S : Partie en cours de réalisation Un phénotype morphologique qui caractérise une espèce comporte une partie globalement constante - elle permet la reconnaissance de l’espèce au travers de sa morphologie - et une partie de variabilité individuelle en fonction des événements environnementaux survenus lors de son développement. Le « phénotype morphologique est donc le résultat des interactions entre l’expression du génotype et son contrôle par l’environnement. Il met en jeu un ensemble de processus biologiques tels que la mitose, le métabolisme cellulaire, l’action d’hormones et la mise en place des structures de l’organisme, dont des gènes- notamment les gènes du développement dont un aperçu a été donné en seconde - sont en grandes partie responsables. Les gènes gouvernent à la fois les grands traits de l’organisation et les détails de sa structure en permettant la synthèse des protéines spécifiques aux diverses échelles structurales qui constituent l’organisme (cellules, tissus, organes, plan d’organisation) ; mais, par ailleurs, l’expression de ces gènes est soumise à des facteurs externes(facteurs abiotiques ou biotiques) qui s’ajoutent à la diversité allèlique dans une espèce donnée pour aboutir à une diversité individuelle de détail. L’étude de la morphogenèse des végétaux permet d’aborder dans un cadre intégré ces différents phénomènes qui contribuent à l’établissement du phénotype. Activités envisageables Observation de ports différents de végétaux d’une même espèce et d’espèces différentes. M esure de la croissance de certains organes en fonction du temps Expériences permettant de connaître les zones de croissance en longueur. Observation microscopique de méristèmes Observation microscopique de cellules en mitose Notions et contenus Phénotype morphologique : la part des gènes et la part de l’environnement La morphologie d’un végétal dépend en partie des caractéristiques génétiques de l’espèce. Elle se construit progressivement par l’interaction constante entre patrimoine génétique et facteurs du milieu. La morphogenèse associe la division et la croissance cellulaire au niveau de territoires spécialisés La mitose est localisée dans les méristèmes. Elle permet de produire: - des cellules qui vont ensuite se différencier et participer à la croissance et à la structuration de l’organisme (feuilles, tiges, racines) ; - des cellules qui restent indifférenciées et qui vont à leur tour constituer des méristèmes. Limite : N’est pas au progamme : La description détaillée des cellules différenciées et les mécanismes de la différenciation cellulaire et de l’organogenèse ne sont pas au programme La mitose est un processus commun aux cellules eucaryotes. S es mécanismes sont gouvernés par des gènes spécifiant une machinerie métabolique et la cinétique de la mitose. La réplication de l’ADN s’effectue selon un mécanisme semiconservatif, fondé sur la complémentarité des bases, au cours de Exploitation de données sur les taux d’ADN à différents moments de la l’interphase du cycle cellulaire. Les structures cellulaires se modifient lors de la mitose pour assurer la vie cellulaire. répartition équivalente du patrimoine génétique entre les cellules filles. Chaque cellule issue de la mitose comporte une copie de chaque molécule d’ADN de la cellule initiale. La cytocinèse termine la mitose. La cinétique de la mitose est gouvernée par des facteurs internes (horloge biologique) et des facteurs externes. Limites : Le contrôle du cycle cellulaire n’est pas au programme. Les cellules issues des méristèmes expriment des enzymes catalysant des activités métaboliques qui permettent la synthèse des composés nécessaires à la croissance cellulaire. Observation de la formation de la paroi cellulosique sur des cellules végétales au microscope électronique. Comparaison de cellules plasmolysées et de cellules turgescentes La paroi des cellules végétales en extension est essentiellement composée de cellulose. La paroi s’agrandit par l’exocytose et l’apposition d’éléments cellulosiques issus du métabolisme cellulaire cytoplasmique. Pour ces synthèses la cellule utilise l’énergie respiratoire. La turgescence cellulaire est un moteur de l’extension. Limites : Les détails du métabolisme de la cellulose, les mécanismes moléculaires de l’exocytose, de la construction de la paroi ainsi que la diversité des molécules qui la composent, ne sont pas au programme. Les mécanismes des échanges hydriques et la formulation de la notion de potentiel hydrique ne sont pas au programme. La croissance est contrôlée localement par des hormones et orientée par les facteurs de l’environnement Etude des expériences historiques de la mise en évidence d’un hormone végétale : l’auxine Réalisation d’expériences montrant le rôle de l’auxine sur la croissance différentielle entre les deux faces d’un organe. L’auxine est une molécule qui contrôle la croissance. Elle est synthétisée par les cellules méristématiques et agit sur les cellules en élongation. C’est un facteur de croissance ou hormone végétale. Elle possède une double action : - une action immédiate sur la plasticité pariétale qui favorise l’extension cellulaire ; - une action à plus long terme sur l’expression de gènes qui participent aux divers événements du métabolisme nécessaires à la croissance. Sa répartition inégale dans les tissus, conséquence d’un éclairement anisotrope, permet une croissance orientée. Ce paramètre de la morphogenèse est donc contrôlé par l’environnement. Limites : Les mécanismes moléculaires détaillés de l’action de l’auxine sur la paroi ne sont pas au programme. L’activité des méristèmes est sous le contrôle de la répartition des hormones, résultat de l’expression des gènes en interaction avec les facteurs environnementaux (naturels ou anthropiques). Expériences de clonage de végétaux Les ramifications naturelles ou provoquées sont sous la dépendance d’un changement de répartition de l’auxine dans le végétal qui conduit à un changement de morphologie. Les applications pratiques de ce contrôle hormonal du développement sont nombreuses en agronomie. Elles reposent sur le concept de totipotence et permet éventuellement le clonage des individus. La biotechnologie a permis de montrer que totipotence et clonage sont des phénomènes généralisables aux êtres vivants. Ces propriétés posent actuellement des problèmes pratiques et d’éthique dans leurs applications (clonage, monoculture, sélection...). Limites : Dans le bilan sur la cellule faire remarquer la généralité des phénomènes de mitose, de différenciation, de croissance cellulaire de contrôle hormonal donc génétique de tout cela; le fait de la reproduction conforme et totale du génome dans la mitose conditionne la totipotence végétale et maintenant animale et toutes les possibilités de clonage naturel ou provoqué qui seront approfondies en terminale (spécialité)
