Morphogenèse végétale et établissement du phénotype

Référentiel 1ère S. Morphogenèse végétale.
Synthèse rectorat
5 mars 2003
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Partie Biologie
Morphogenèse végétale et établissement du phénotype
1- La diversité morphologique des végétaux résulte de l’expression des génotypes
modulée par l’environnement.
1-1 Un végétal exprime des caractères morphologiques typiques de son espèce.
 Ces caractères sont déterminés par son génome.
1-2 Des individus d’une même espèce peuvent présenter des variations
morphologiques en fonction de leur environnement.
1-3 Des individus d’espèces différentes, placés dans un même environnement,
peuvent présenter une morphologie semblable.
2- L'établissement du phénotype morphologique est gouverné par
l'expression du génotype.
2-1 La morphogenèse végétale nécessite la production de nouvelles cellules au niveau
de territoires cellulaires spécialisés.
2-1-1 Les divisions cellulaires sont localisées dans les méristèmes.
2-1-1-1 Il existe des méristèmes à l’apex des tiges et des racines et à l’aisselle
des feuilles.
2-1-1-2 Les méristèmes apicaux sont à l’origine de l’édification des organes.

Certaines cellules issues des mitoses, restent indifférenciées et
pérennisent le méristème.
 Les autres cellules sont engagées dans la croissance et la
différenciation cellulaire.
2-1-2 A l’issue d’un cycle cellulaire, les cellules produites par la mitose ont un
génotype identique à celui de la cellule initiale.
2-1-2-1 La réplication de l’ADN se déroule lors de l’interphase précédant la mitose.
2-1-2-2 La réplication est fondée sur la complémentarité des nucléotides.
 Les deux brins de la molécule d’ADN se séparent.
 Chaque brin sert de matrice à l’élaboration d’un brin complémentaire.
 Chaque molécule d’ADN formée comprend un brin ancien et un brin nouveau : la
réplication est semi-conservative.
 Les deux molécules d’ADN ainsi obtenues contiennent la même information
génétique.
 Elles forment les deux chromatides d’un chromosome dupliqué.
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
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La mitose répartit entre les deux cellules filles les molécules d’ADN
issues de la réplication
Au début de la mitose, les deux chromatides des chromosomes dupliqués se
condensent.
En cours de mitose, les deux chromatides de chaque chromosome se
séparent et migrent vers les pôles opposés.
Chaque cellule fille contient donc une copie de chaque molécule d’ADN de la
cellule initiale.
En fin de mitose, les chromosomes à une chromatide se décondensent.
2-1-2-4
Un cycle cellulaire comprend une interphase et une mitose.
2-1-2-5
La mitose est un mécanisme commun aux cellules eucaryotes.
2-2 La morphogenèse végétale nécessite une croissance et une différenciation
cellulaire
2-2-1 La croissance du végétal comprend des phénomènes de multiplication et d’élongation
de ses cellules.
 La multiplication des cellules résulte des mitoses dans les méristèmes.
 L’élongation des cellules est localisée à une zone de quelques millimètres à
l’arrière des méristèmes.
2-2-2- L’élongation cellulaire est permise par la plasticité de la paroi et la pression de
turgescence.
2-2-2-1 Le contenu cellulaire exerce une force sur la paroi : c’est la pression de
turgescence.
 La vacuole gorgée d’eau rend la cellule turgescente.
2-2-2-2 La pression de turgescence provoque le glissement des molécules de la paroi
les unes par rapport aux autres.
 Cela permet l’augmentation de surface de la paroi qui entraîne l’élongation
cellulaire.
 L’augmentation de surface de la paroi nécessite l’incorporation de nouveaux
constituants.
2-2-3 Une cellule végétale jeune est entourée d’une paroi extracellulaire extensible.
 La trame de cette paroi est constituée de microfibrilles de cellulose.
 Elles sont incluses dans une matrice souple formée essentiellement de
molécules d’hémicellulose.
2-2-4 Au cours de la différenciation, l’apport de nouvelles molécules rend la paroi
inextensible.
2-2-5 La différenciation conduit à l’édification des différents tissus du végétal.
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2-3 L’élongation cellulaire est contrôlée par une hormone végétale qui est l'expression du
génotype.
2-3-1 L’apex des tiges sécrète cette hormone : l'auxine.
2-3-2 Elle diffuse dans l’ensemble des organes.
2-3-3 Elle modifie le fonctionnement des populations de cellules qui possèdent des
récepteurs spécifiques.
 Dans un premier temps, l’auxine augmente la plasticité de la paroi des cellules
en élongation.
 Dans un second temps, elle active l’expression de certains gènes impliqués
dans la synthèse des constituants de la paroi.
3- L'établissement du phénotype morphologique résulte de l'interaction
entre l'expression des gènes et les facteurs de l’environnement.
3-1 La morphologie du végétal dépend de la répartition de l’auxine sous l’action de
facteurs de l’environnement.
3-1-1 La suppression du bourgeon apical modifie la concentration de l’auxine dans le
végétal.
 De nouvelles ramifications se développent à partir des méristèmes axillaires.
3-1-2 Un éclairement unilatéral modifie la répartition de l’auxine dans les tissus de la
tige.
 L’auxine migre et s’accumule vers le côté le moins éclairé.
 Elle provoque une élongation cellulaire plus importante de ce côté.
 Il en résulte une courbure de la tige vers la lumière
3-2 La mise en place des différents organes de la plante, ou organogenèse, dépend
du rapport de concentration des différentes hormones végétales.
 Le développement d’un organe végétal est sous la dépendance de plusieurs
hormones, principalement l’auxine et les cytokinines.
 Le rapport de concentration de ces hormones détermine le développement de
racines et de tiges feuillées.
3-3 Toute cellule végétale nucléée peut reconstituer, après multiplication et
différenciation, une plante complète : les cellules végétales sont totipotentes.
 Cette propriété permet le clonage des végétaux.
 Cette technique nécessite l’utilisation d’hormones végétales en différentes
proportions.
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Mots clés
Morphogenèse végétale et établissement du phénotype
Auxine
Chromatide
Croissance cellulaire
Cycle cellulaire
Différenciation cellulaire
Hormone végétale
Méristème
Mitose
Morphogenèse
Organogenèse
Réplication semi-conservative
Totipotence