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La modification génétique des plantes

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La modification génétique des plantes
Introduction:
Une plante génétiquement modifiée (PGM) est une plante dont le patrimoine
génétique a été modifié par l'Homme pour améliorer la production quantitative et
qualitative.
* Quelles sont les techniques utilisées pour obtenir des plantes génétiquement
modifiées ?
* Quels sont les avantages et les dangers éventuels des PGM ?
I- Techniques de la modification génétiques des plantes
1) Transgenèse naturelle chez les végétaux.
a- Données expérimentales (Document 1)
La galle du collet est une formation tumorale basée sur la prolifération
cellulaire anarchique et indéfinie aux sites infectés. Cette maladie
provoque des ravages sur diverses plantes cultivées tels que la
betterave à sucre, le pommier, l'abricotier, le poirier....etc. Les tumeurs
peuvent s'observer non seulement au niveau du collet mais aussi sur
les racines, les feuilles et les tiges. (document 1)
Expérience 1: En 1907 deux chercheurs américains, E.F. Smith et
C.O. Townsed isolent d'un fragment de galle une bactérie
Agrobacterium tumefaciens (A.t). Ils ont ensuite introduit cette
bactérie dans une blessure récente effectuée sur une plante saine, ils
ont constaté l'apparition de la maladie sur cette plante.
1) Que peut-on conclure ?
Expérience 2: La culture du tissu de la galle du collet sans bactéries
dans un milieu approprié formé de glucose et de sels minéraux, montre
que les cellules de ce tissu se multiplient de façon anarchique à
l'inverse des cellules normales qui se multiplient lentement, en
présence d'hormones végétales.
2) Quelles sont les modifications survenues en présence d'A.t ?
3) Quelle hypothèse peut-on émettre concernant le changement du
comportement des cellules végétales ?
Observation: Suite à une blessure, la plante libère localement des
composés phénoliques qui activent l'attachement des bactéries à la
paroi des cellules du végétal. À la suite de ce contact, ces cellules
végétales se multiplient de manière importante, donnant naissance à
une formation tumorale. Les cellules de la galle libèrent des composés
chimiques particuliers dans le milieu : les opines, molécules formées de
deux acides aminés couplés. Les bactéries Agrobacterium présentes
près de la galle, dans le sol, sont capables d’utiliser alors ces opines
comme source d’azote, mais aussi de carbone et d’énergie.
4) Quel complément d'hypothèse peut-on émettre concernant le
changement du comportement de ces cellules ?
jidani1
document 1
document 2
b- Analyse et conclusion.
1) On peut conclure de cette expérience que la bactérie A.t est responsable de
l'apparition de la tumeur chez les plantes saines.
2) Les modifications qui touchent les cellules infectées par A.t, sont la
prolifération rapide et anarchique sans l'intervention des hormones végétales
responsables de la croissance chez ces cellules.
3) Hypothèse: Agrobacterium tumefaciens transmet aux cellules, une
substance qui modifie leur information génétique et acquièrent le caractère
de la prolifération anarchique.
4) Peut-être que le génome des cellules végétales a été modifié par
l'introduction de gènes bactériens, ce sont ces gènes qui gouvernent la
synthèses des opines.
culture à 37 °C
document 3
Expérience 3: Des chercheurs sont parvenus à
isoler la bactérie A.t. Parmi les constituants ils
souche A sensible
ont trouvé un ADN circulaire appelé plasmide
à la température
Ti.
souche A1
On cultive, à 37°c des souches d'Agrobactérium
A (nopaline) sensibles à la température, on
obtient des souches A1, le document 3 montre la
suite de cette expérience.
5) Expliquer les résultats obtenus.
Expérience 4: Pour montrer le rôle du plasmide
plasmide à
(ADN circulaire contenant des gènes
nopaline
supplémentaires) on réalise l'expérience suivante:
On incorpore dans un végétal sain, des bactéries
A1 non virulentes et résistantes aux antibiotiques,
et des bactéries B (octopines) virulentes et
sensibles aux antibiotiques. On constate
l'apparition de la tumeur.
6) Quelle explication proposez-vous pour le
résultat de cette expérience ?
On broie la tumeur et on l'étale sur un milieu de
culture contenant des antibiotiques, le document 4
montre les résultats obtenus.
7) Définissez les bactéries 1, 2 et 3.
8) Pouvez-vous déterminer le rôle du plasmide ?
9) D'après les résultats des expériences
précédentes et du document 5, expliquez
comment se forme la tumeur au niveau du collet
chez les végétaux.
apparition de la tumeur
pas de tumeur
souche A1 résistante
aux antibiotiques
souche B sensible aux
antibiotiques
plasmide à
octopine
document 4
antibiotiques
1
2
3
formation de
la tumeur
formation de
la tumeur
jidani2
5) La chaleur dénature le plasmide responsable de la synthèse de la
nopaline et les plantes ne sont pas touchées par la maladie.
Le plasmide est responsable de la virulence des bactéries.
6) La bactérie A1 a perdu sa virulence à cause de l'absence du plasmide.
On peut donc imaginer que c'est la bactérie B, possédant le plasmide
responsable de la synthèse de l'octopine, qui entraîne l'apparition de la
tumeur chez la plante.
7) La bactérie1, non virulente et résistante aux antibiotique est la
bactérie A1.
La bactérie 2, contient un plasmide et résistante aux antibiotiques, c'est
un type hybride possédant les caractères de A1 et B.
La bactérie 3, sensible aux antibiotique est la bactérie B.
8) Une nouvelle bactérie est apparut, elle ressemble à la bactérie A1,
possède le plasmide de B et entraîne la maladie. On peut conclure que le
plasmide peut passer d'une cellule bactérienne à une autre entraînant des
modifications des caractères héréditaires et par conséquent la
modification de l'information génétique.
chromosome
bactérien
plasmide Ti
document 5
--------ADN-T-------
transfert de ADN-T
aux cellules
apparition de
la tumeur
chromosome
bactérien
incorporation de ADN-T
dans le chromosome des
cellules
opines
incitation des cellules à la
synthèse de substances
stimulant multiplication
cellulaire
opines
synthétase
précurseurs
jidani3
ARNm
9) La galle de collet apparaît par étapes:
1 - A la faveur d'une blessure du végétal, la bactérie du sol
(Agrobacterium tumefaciens) entre en contact avec une cellule de la
plante.
2 - Transfert de la partie ADN-T du plasmide Ti de la bactérie et
incorporation dans le matériel génétique (chromosome) situé dans le
noyau de la cellule végétale.
3 - L'expression de l'ADN-T dans la cellule végétale. Cette
expression de l'ADN-T dans la cellule végétale se traduit par deux
conséquences : multiplication continue incontrôlée de la cellule
végétale et développement de la tumeur ; synthèse de substances
spécifiques appelées opines.
4 - Libération des opines dans le milieu extracellulaire.
5 - Prélèvement des opines par la bactérie pour sa propre croissance.
Conclusion.
La galle de collet résulte de la transformation génétique des cellules
végétales (transgenèse). Le plasmide est le facteur de transfert du gène
de la bactérie à la cellule végétale.
La carte génétique du plasmide Ti est représentée dans le document 6.
document 6
ADN-T
ONC
L'ADN du plasmide Ti (tumor inducting) comporte
plusieurs régions:
OPS
. L'ADN-T: (ADN transferred) la partie transférée et
incorporée au génome des cellules végétales. OPS
désigne les gènes responsables de la synthèse des opines
et ONC, ceux entraînant la prolifération anarchique
(tumeur);
OCC
. VIR: région de virulence qui permet la fixation de la
VIR
bactérie à la cellule végétale et le transfert de l'ADN-T;
. ORI: région de réplication qui permet la
multiplication du plasmide;
OCC
. OCC: région de catabolisme des opines qui permet
ORI
d'utiliser les opines libérées par la plante infectée.
jidani4
2) Transgenèse chez les végétaux au laboratoire.
Modification du maïs, synthèse de protéines toxique des insectes nuisibles.
Les chenilles de la pyrale Ostinia nubilalis s'attaquent aux parties aériennes des
plants de maïs. Les larves rongent les graines des épis et causent ainsi des dégâts
importants.
La bactérie Bacillus thuringiensis produit une toxine Bt (la protéine CRY) qui détruit
un certain nombre d'insectes. Les larves meurent 24 à 48 heures après avoir
ingérer cette toxine.
Les utilisateurs de la toxine ont tendance à répéter le traitement des champs et à
augmenter la quantité à chaque épandage. En conséquence d'autres insectes
normalement insensibles, meurent à des doses modérées de cette toxine.
L'épandage classique sur les feuilles des plants de maïs est inefficace, car la larve
de la pyrale peut se développer à l'intérieur des épis. Le document suivant montre
les étapes de la modification génétique du maïs
I- Problématique des plantes génétiquement modifiées.
1) Avantages de la transgenèse (exposé 1)
La transgenèse végétale présente plusieurs avantages: amélioration du
rendement (résistance aux insectes, résistance à la sécheresse ),
exploitation des sols dégradés (tomates poussant sur sol salé),.....etc.La
production industrielle des protéines destinées à la santé ou à l'industrie
présente aussi des avantages: amélioration de la qualité nutritive des
aliments, la production d'alicaments enrichis, la production du plastique
biodégradable,...etc.
1) Risques de la transgenèse (exposé 2)
Cependant des risques potentiels sur l'environnement (apparition
d'insectes résistants, toxicité des insectes non nuisibles) et sur la santé
(flux de gènes, allergie) sont à considérer sérieusement.
jidani5
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