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
