BIOLOGIE Epreuve B

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Banque « Agro-Véto »
OGM-1008
BIOLOGIE
Epreuve B
Durée : 3 heures 30 minutes
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L’usage de la calculatrice, d’abaques et de tables est interdit pour cette épreuve.
Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale sur sa
copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il a été amené à prendre.
En prenant appui sur vos connaissances, exploitez les
documents proposés afin de préciser certains aspects de la
physiologie du Colza (Brassica napus).
* L’exposé sera encadré par une introduction et une conclusion et sera structuré par un
plan faisant apparaître explicitement les thèmes abordés et la progression suivie.
* L’exposé doit se limiter aux trois thèmes abordés. Les trois parties sont indépendantes.
* Le candidat ne doit pas rédiger de longs développements de ses connaissances sur le
sujet indépendamment de l’exploitation des documents.
* Les documents peuvent être découpés et intégrés à la copie à condition d’être exploités.

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THEME 1 : Longévité du pollen de Colza et flux de gènes (20 pts)
D’après http://www.jle.com/fr/revues/agro_biotech/ocl/e-docs/00/03/34/CA/article.md
&
http://www.inra.fr/internet/Directions/DIC/ACTUALITES/DOSSIERS/OGM/chevre.htm
Connaître la longévité d'un pollen est une donnée particulièrement intéressante dans le cadre des études de risques
de dispersion du pollen de plantes transgéniques.
Un test colorimétrique fondé sur une réaction d'oxydoréduction permet de déterminer la viabilité du pollen
(figure 1.1). Les grains vivants possèdent des enzymes d'oxydoréduction qui participent à la respiration et dont la
présence peut être détectée par une réaction colorée.
Afin de tester le pouvoir fécondant du pollen in vivo, le pollen a été déposé sur des fleurs mâle-stériles cultivées au
champ, coupées puis maintenues en culture durant 40 jours en veillant au choix des fleurs femelles (stade et
position dans la plante). Les dépôts ont été faits de manière à optimiser la pollinisation (stigmate largement
recouvert de grains de pollen). Le pouvoir fécondant a été mesuré par le taux de nouaison (nombre de fleurs ayant
donné des siliques/nombre de fleurs, en pourcentage - figure 1.2) et par le nombre de graines par silique
(figure 1.3). Le contenu habituel est de 20 graines par silique. Soixante fleurs ont été testées par traitement.
Figure 1
.1
: Évolution du taux de
viabilité du pollen de colza soumis
à quatre traitements.
Figure
1.
2
: Évolution du taux de
nouaison après fécondation de fleurs
mâle-stériles par du pollen de colza
soumis à quatre traitements.
Figure
1.
3
: Évolution du nombre
de graines produites par silique
après fécondation de fleurs mâle-
stériles par du pollen de colza
soumis à quatre traitements.
Les quatre traitements font varier les conditions thermiques et
hygrométriques (HR) de conservation du pollen avant dépôt sur le stigmate :
T1 : conditions extérieures du 9 au 31 juillet 2001, T° de 11 à 18 °C, HR de
66 à 92 %;
T2 : 20 °C, HR 40 % ; T3 : 20 °C, HR 65 % ; T4 : 3 à 5 °C, HR 40 à 95 %.
NB : Sur la figure 1.2, la légère baisse concernant le jour 3 est due à une
infection bactérienne. Ne pas en tenir compte.
Pollen de Colza, plante anémophile
Taux de nouaison

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Le colza, hybride naturel entre la navette et le chou, peut-il échanger des gènes avec les espèces sauvages
apparentées, ravenelle, moutarde et roquette, des Brassicacées communément appelées « mauvaises herbes » ?
Question essentielle dans le cas du colza rendu résistant à certains herbicides. Afin de tenter d’y répondre, une
étude a été menée pendant 10 ans par l’INRA de Rennes.
Des croisements ont été réalisés en serre dans un premier temps, puis en conditions naturelles, d'abord en favorisant
l'hybridation interspécifique, c'est-à- dire en utilisant des plantes de colza ne produisant pas de pollen («mâle-
stériles») et fécondées uniquement par le pollen des plantes adventices (résultats figure 1.4), puis en situation
agronomique normale. Les hybrides obtenus ont été analysés pour évaluer leur aptitude à produire une
descendance.
Le colza retenu était la variété canadienne de printemps Westar (matériel produit par Plant Genetic Systems, Gent,
Belgique) contenant le gène bar qui confère la résistance au glufosinate-ammonium (un herbicide commercialisé
sous le nom Basta®).
Production d’hybrides interspécifiques entre le colza mâle stérile et trois
adventices (la ravenelle, la roquette bâtarde et la moutarde des champs) dans
des conditions naturelles.
Parent femelle Parent mâle Nombre de graines
produites au mètre carré
Colza mâle stérile Ravenelle 2200
Colza mâle stérile Roquette bâtarde 510
Colza mâle stérile Moutarde des champs 60
Figure 1.4
Les graines hybrides interspécifiques produites, semées au champ en présence de l'espèce adventice, donnent des
plantes vigoureuses qui ont une morphologie proche de celle du colza ; leur fertilité demeure faible, environ 100
fois inférieure à celle de la génération précédente. Le gène bar est présent et il s'exprime.
La production d'hybrides interspécifiques varie en fonction de la variété de colza utilisée comme parent femelle.
Sur 2000 plantes observées, en fonction des génotypes et des années, le nombre de graines pour 100 fleurs varie de
2 à 100 et le nombre de graines par plante de 5 à 1200.
Les plantes issues des graines récoltées sur les hybrides, présentent des structures chromosomiques variables mais
sont presque toutes résistantes au Basta®. Au cours des 2 générations suivantes, le transgène se transmet avec des
fréquences de plus en plus faibles. Aucune plante ayant le même nombre de chromosomes que l’espèce adventice et
contenant le gène bar n'a été caractérisée dans ces générations.
« L'utopie est la matrice de l'histoire et la sœur jumelle de la révolte. » José Bové

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THEME 2- L’absorption du nitrate chez le Colza (20 pts)
D’après http://www.jle.com/fr/revues/agro_biotech/ocl/e-docs/00/04/30/00/article.md
Le Colza est une culture connue pour présenter des capacités élevées d‘absorption du nitrate, d‘où son qualificatif
de culture piège à nitrate. La concentration en nitrate des sols peut varier de plusieurs ordres de grandeur, de
quelques micromolaires (µM) à plusieurs millimolaires (mM). Des études de cinétique d’absorption du nitrate
marqué (
15
NO
3–
) en fonction de la concentration en nitrate externe ont été réalisées. Les figures 2.1 a & b en
présentent les résultats.
a
b
Figures 2.1
Afin de préciser les modalités d’absorption pour des concentrations inférieures à 500 µM de nitrate externe, des
mesures de Km et de Vmax sont réalisées soit sur des plantes qui n’ont jamais été cultivées en présence de nitrate
soit sur des plantes déjà mises en présence de nitrate. Les résultats sont récapitulés sur la figure 2.2.
L’utilisation d’inhibiteurs de la synthèse des ARNm ou des protéines annulent les modifications du Km et de
Vmax constatés sur les plantes déjà mises en présence de nitrate.
Plantes déjà mises
en présence avec les nitrates NON OUI
Km
(µM) de 6 à 20 de 13 à 79
Vmax
(µmol h
–1
g
–1
de matière fraîche) 1,3 9,4
Figure 2.2
L’étude au niveau moléculaire de l’absorption du nitrate chez les plantes fait l’objet de nombreuses recherches
depuis quelques années. Sur la base d’homologies de séquences, deux familles de gènes codant des transporteurs de
nitrate ont ainsi été identifiées : les gènes NRT1 et NRT2. Ils codent des protéines de même structure, avec douze
domaines transmembranaires séparés en deux groupes de six hélices reliés par un domaine cytosolique.

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Un mutant pour le gène NRT1, atnrt1, a été identifié chez une autre Brassicacée, Arabidopsis thaliana. Il absorbe
faiblement le nitrate de concentration supérieure à 1 mM dans le milieu extérieur.
L’expression des gènes NRT2 a été étudiée en présence de plusieurs effecteurs potentiels. Leur action est présentée
sur la figure 2.3.
en présence de : Effets sur l’expression des gènes NRT 2
NO
3
-
Positif
NO
3
-
en concentration importante Négatif
NO
3
-
en concentration très faible Positif (Important)
Glutamine Négatif
Saccharose Positif
NH
4
+
Négatif
Figure 2.3
Un mutant
atnrt2.1a
a été identifié chez Arabidopsis thaliana. Afin d’obtenir une preuve du rôle des gènes NRT2
dans le système de transport, une étude comparée de la croissance de ce mutant et de la plante sauvage (WS) a été
menée sur deux sources de nitrate de concentrations différentes : 0,2 mM et 6 mM.
La
figure 2.4
présente les effets de la nutrition azotée sur la croissance des deux plantes : Le port des végétaux est
comparé au même âge ainsi que la production de matière pour les parties aériennes, racines (en grammes de
matières fraîches (g MF)) et le rapport partie aérienne/racines (ratio).
Figure 2.4