illustration cours : la plante domestiquée

LA PLANTE DOMESTIQUEE
• Plantes ressources pour l’Homme depuis tjs
– Alimentation de l’Homme
– Alimentation des animaux d’élevage
– Pharmacopée
– Habillement
– Combustible
– Cosmétique
– Ornementation
–…
• Etape essentiel dans histoire de l’Homme
– Passage il y a 8500 ans de chasseur cueilleur à
agriculteur dans plusieurs région du monde
Début de la
domestication
des plantes
sauvages
Le croissant fertile (Moyen-Orient),
l'Amérique centrale et l'Asie du Sud-Est
sont les berceaux de la majorité des
espèces animales et végétales
consommées dans le monde entier.
I. L'évolution liée aux changements de milieu
 Migration des populations humaines au néolithique avec leurs graines
 Mondialisation à partir de l’époque de Chistophe Colomb : découverte en
Europe de la pomme de terre, café, tomate, mais…
 Le changement de biotope entraine une évolution très rapide du végétal
Par exemple, le colza, qui est originaire d'Europe, a
été introduit au XVIIe siècle en Chine et au Japon où il
a développé des caractères génétiques originaux. Ce
sont ces « nouvelles variétés » que l'on utilise
aujourd'hui en France. Il a donc suffi d'un ou deux
siècles de culture dans des régions nouvelles pour
voir l'apparition de nouveaux gènes.
Amélioration de
l’utilisation alimentaire
humaine et animale:
- graines nues
- graines plus grosses
- graines plus riches en
glucides
Le grain de téosinte se détache facilement de l'épi (ce qui est favorable pour une
espèce sauvage, car la plante se ressème facilement) et est peu digeste, à la différence
du grain de maïs.
Cinq régions chromosomiques à forte variation allélique, associées à la variation d'un
caractère quantitatif (QTL) sont impliquées dans la transformation de la téosinte en
maïs, affectant la ramification, le nombre de grains par épi, la dureté des glumes,
l'accumulation d'amidon, etc. Au cours de la domestication du maïs, plusieurs gènes
comme tb1 ont muté.
Si on mute volontairement tb1 dans le maïs, le pied prend l'aspect d'un pied de
téosinte. Le maïs a été exporté de l'Amérique centrale vers tout le continent
américain, puis vers l'Europe. Il fut alors nécessaire de sélectionner les pieds les plus
résistants aux conditions climatiques.
Les caractères de domestication
La domestication des plantes sauvages résulte de
modifications génétiques conduisant à
l'émergence de formes cultivées répondant aux besoins de
l’Homme. Les plantes cultivées dérivent toutes de plantes
sauvages.
Ces modifications ont entrainées l’acquisition de nouveaux
caractères morphologiques qui définissent le syndrome de
domestication, et qui facilitent la culture.
La carotte a une longue histoire puisque les romains la consommaient déjà. Un certain
nombre de textes médiévaux permettent de constater qu'il existait déjà au Moyen-Age des
carottes pourpres et blanches. C'est à la fin du XVIème siècle que la carotte orange fait son
apparition, créée par des horticulteurs hollandais.
Un certain nombre d'artistes ont peint des
tableaux où on peut voir différents types de
carottes. C'est le cas de Pieter Aertsen, un
artiste hollandais qui peint une vendeuse de
légumes au milieu du XVIème siècle.
On remarque sur ce tableau la
présence de carottes oranges (une
nouveauté) mais aussi de carottes
blanches. Plus tardif, l'hommepotager d'Arcimboldo, en revanche
ne montre que des carottes
blanches.
Au milieu du XVIIème siècle, le hollandais Gérard Dou représente une éplucheuse de
carottes bien oranges. Désormais c'est cette carotte qui a pris la place principale dans la
cuisine occidentale.
Ces différentes variétés ont été
obtenues par hybridation
classique. L'horticulteur procède à
des pollinisations croisées entre le
pollen d'une carotte et l'ovule
d'une autre présentant des
caractéristiques intéressantes.
C'est par croisements successifs (et
tâtonnements !) qu'on arrive à la
variété que l'on cherche à obtenir.
L'homme commence à améliorer les plantes lorsqu'il se sédentarise, il y a 10 000 ans.
C'est le début de l'agriculture : il cultive les plantes pour son alimentation et pratique
alors une sélection en choisissant, de manière empirique, de ressemer les plus beaux
grains des plantes les plus intéressantes.
A la fin du 19e siècle, l'homme réalise les premiers croisements de parents choisis.
L'avancée des connaissances et les progrès technologiques ont depuis permis
l'évolution des techniques de sélection.
Ceci s'est traduit plus récemment par l'intégration des biotechnologies dans les
programmes de sélection. C'est un outil supplémentaire à la disposition du
sélectionneur pour repousser certaines limites rencontrées par les voies classiques
de l'amélioration des plantes.
La vigueur de l’hybride F1
Le maïs est l'espèce dans laquelle les premiers hybrides ont été créés. Ces
variétés hybrides sont plus vigoureuses que les populations, c'est le résultat de
l'hétérosis, appelé également vigueur hybride. Elles ont permis notamment l'extension
des zones de culture du maïs grâce à une meilleure tolérance au froid et une plus grande
précocité. Cultivées aux Etats-Unis, en 1936, elles se sont ensuite développées en France
à partir de 1947, suite aux travaux de l'INRA. Ces hybrides résultent du croisement entre
des lignées américaines de maïs à grains dentés et des lignées européennes à grains
cornés. Les premières lignées cornées proviennent de populations locales telles que la
population Lacaune, qui était cultivée dans le Sud-Ouest.
La biodiversité et les espèces cultivées
Il est aisé de cloner certaines espèces végétales : marcottage, bouturage… ne font
qu'exploiter des possibilités de régénération existant dans le végétal.
À force de sélectionner et de privilégier les espèces les plus productives, on finit par ne
cultiver qu'un petit nombre de variétés. Au XIXe siècle, l'Europe fut touchée par une
épidémie de phylloxera (un insecte piqueur) : à de rares exceptions près, tous les ceps de
vigne moururent. Il fallut greffer des cépages sur des pieds de vignes américains
naturellement résistants au phylloxera, pour voir renaître le vignoble français. De même,
au XIXe siècle également, le mildiou, en attaquant la pomme de terre, provoqua une
immense famine en Irlande.
Même si des plants d'intérêt sont cultivés de façon intensive, il est toujours judicieux de
conserver des variétés moins productives, mais porteuses de résistance à certaines
maladies par exemple.
Les recherches en biotechnologie
Une équipe de l'INRA a mis au point la technique des plantes à traire. Cela
consiste à extraire des racines des métabolites secondaires produits par la
plante (comme le taxol, un puissant anticancéreux prélevé normalement
chez l’if). Au lieu de détruire des arbres centenaires, la culture hors sol dans
un milieu liquide permet de récupérer les mêmes molécules et cela, sans
tuer la plante.
La culture in vitro a permis de réaliser du clonage à grande échelle. À partir
de tissus végétaux, débarrassés de la paroi pectocellulosique (proplastes),
on obtient en moins d'un mois un amas de cellules non différenciées : le cal.
Cultivé dans un cocktail adéquat d'hormones végétales, ce cal va se
développer en embryon somatique. On peut, sous l'influence de rayons
ionisants par exemple, induire des mutations et vérifier quand la plante
grandit si ces mutations ont un intérêt agronomique ou agroalimentaire.
Les proplastes d'espèces qui ne peuvent pas être croisées peuvent être
fusionnés : ce sont des hybrides somatiques. L'exemple le plus célèbre est
celui de l'hybride entre la tomate et la pomme de terre : la pomate, qui ne
fut pas commercialisée. Mais cette technique a surtout permis
l'introduction de gènes de résistance au mildiou dans la pomme de terre, de
résistance à l'atrazine chez le colza, etc.
Le processus d'haplodiploïdisation comprend l'obtention de
plantes haploïdes à partir des gamétophytes mâles ou femelles
(pollen, ovules), qui peuvent également donner des cals, après
un doublement de leurs chromosomes induit par la colchicine.
Les végétaux obtenus seront homozygotes. On peut aussi les
obtenir par autofécondation, mais le processus est plus lent et on
produit moins d'organismes à la fois.
Un autre exemple de biotechnologie au service des plantes est la
culture de méristèmes. Des travaux ont prouvé que de tous les
tissus végétaux, les seuls qui ne sont pas touchés par une
infection virale sont les méristèmes. En les cultivant en
conditions stériles, après un léger chauffage, suffisant pour tuer
les virus sans tuer les cellules végétales, on peut reconstituer un
cal, puis cloner ce cal pour obtenir de nombreux plants. Ainsi
furent sauvées la pomme de terre Belle de Fontenay, la violette
de Toulouse, etc.
Les techniques du génie génétique et les végétaux
Au cours de la domestication, chez le riz, la surexpression d'une
enzyme a permis d'avoir des grains plus chargés en réserve. Avec
les connaissances actuelles en génétique, il peut être facile
d'agir directement sur l'expression de cette enzyme sans
effectuer de nombreux croisements entre végétaux.
Le maïs est attaqué par la pyrale qui provoque des dégâts sur la
tige, l'épi. Un moyen de lutte est l'utilisation d'une bactérie :
le bacille de Thuringe. Ce micro-organisme peut être dispersé
sur les champs sous sa forme de résistance. Ingéré par la larve
de l'insecte, le bacille détruit son système digestif par production
de toxines. Mais une pluie peut lessiver les bacilles et le parasite
peut attaquer de nouveau le champ de maïs. On eut donc l'idée
d'introduire le gène codant la toxine dans le génome de la
plante.
Les végétaux peuvent être attaqués par une autre
bactérie, Agrobacterium tumefasciens. Cette bactérie, à la faveur
d'une blessure, est capable de s'introduire dans le végétal et
d'insérer un plasmide (le plasmide est une molécule
d'ADN circulaire, qui se distingue du chromosome bactérien) Ti
dans le génome des cellules de la plante. La plante forme une
tumeur ou galle, dans laquelle la bactérie prolifère. En modifiant le
plasmide Ti et en remplaçant le gène de virulence par le gène
codant la toxine de Bacillus thurigiensis, on peut introduire dans le
génome de la plante le gène d'intérêt (et obtenir une plante dite
« Bt » produisant une toxine efficace contre la pyrale). Si l'opération
est réalisée sur des cals, il est facile de ne faire proliférer que les
cellules génétiquement transformées. Il existe d'autres techniques
pour introduire un plasmide porteur d'un gène d'intérêt : on peut
utiliser un canon à particules, le plasmide étant sur des microbilles
de tungstène (1 μm de diamètre). Les deux techniques peuvent
être combinées (agrolistique).