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Thème 2 : Anthocyanes et pigmentation des pièces florales
Extrait du sujet de l’épreuve B du concours Agro-Véto 2016
Cette partie étudie quelques mécanismes à l’origine de la pigmentation des pièces florales. Les fleurs du pétunia
(Petunia, Solanacée) constituent un des modèles utilisés car il existe de nombreux mutants de pigmentation des
pièces florales connus ou générés par les techniques de génie génétique. On s’intéresse aux rôles du gène
anthocyanin 1 dans la pigmentation des pièces florales.
1. Dégagez succinctement les principales tendances reliant la pigmentation et la valeur du pH.
Les corolles les plus pigmentées (clichés A, L, S, T) présentent un pH de l’ordre de 5.4.
Les corolles blanches (clichés C, E, N, P) présentent un pH de 6.0 à 6.1.
Les barres d’erreur ne se chevauchent pas : les différences entre pH des corolles pigmentées et non pigmentées
sont significatives.
En conclusion, ces deux paramètres semblent liés : plus la corolle est pigmentée, plus le pH est acide.
2. Formulez deux hypothèses concernant le rôle du gène anthocyanin 1 (an1).
La pigmentation de la corolle et le pH varient avec les allèles que possèdent les différents plants pour le gène an1.
On peut alors proposer deux hypothèses concernant le rôle de ce gène :
- les produits de l’expression de ce gène ont un effet sur le pH,
- les produits de l’expression de ce gène interviennent dans la synthèse des pigments.
3. A quelle famille de protéines peut appartenir la protéine AN1 ? Connaissez-vous d'autres domaines
appartenant à cette famille de protéines ?
Possédant un domaine de fixation à l’ADN de type bHBH, cette protéine pourrait appartenir à la famille des facteurs
de transcription, protéines dont la fixation à l’ADN module l’expression de gènes.
Ces protéines peuvent présenter d’autres domaines de fixation : domaine à fermeture à glissière de leucine, domaine
à doigts de zinc.
4. Analysez les résultats obtenus (document 2-2) et formulez une hypothèse permettant d'expliquer la
diversité des phénotypes O, Q, R et S (document 2-1) correspondant respectivement aux mutants W211,
W211R3, W211R2 et W211R1.
La comparaison des séquences protéiques du domaine HLH codé par l’allèle sauvage (R27wt) et des allèles mutés
montre des différences plus ou moins importantes :
- le domaine HBH est tronqué après la première hélice, qui se termine par 6 acides aminés modifiés par rapport à
l’allèle sauvage pour W211.
- Il y a trois acides aminés différents entre la protéine codée par W211R3 et celle codée par l’allèle sauvage au
niveau de la fin de la première hélice.
- il y a deux (un) acides aminés différents entre la protéine codée par W211R2 (par W211R1) et celle codée par
l’allèle sauvage, toujours dans la région terminale de la première hélice.
Le Western-blot (panneau 1) révèle la quantité de protéines AN1 produite par chaque type de mutant étudié, en
comparaison avec le plant sauvage. L’absence de tâche pour W211 pourrait s’expliquer par une différence de
migration importante de la protéine dont la séquence est raccourcie. On n’observe pas de différence significative
entre les différents mutants : tous produisent bien cette protéine (la tâche est légèrement moins foncée que pour le
plant sauvage, mais en l’absence de témoin de charge, on ne peut être sûr que la différence soit significative).
Le Northern-blot (panneau 2) met en évidence la quantité d’ARNm résultant de la transcription du gène dfr pour le
plant sauvage et les différents mutants. Les ARNm de gapdh nous servent de témoin de charge : ils permettent de
vérifier que les conditions expérimentales mises en œuvre fournissent des résultats exploitables, c’est bien le cas ici.
On constate qu’il n’y a aucun ARNm produit pour le mutant W211, or c’est celui pour lequel la séquence de la
protéine AN1 était la plus modifiée.
Pour les autres mutants, il y a moins d’ARNm produits que chez le plant sauvage, et on observe que la quantité
d’ARNm produit, proportionnelle à l’intensité de la tâche, semble corrélée au nombre de différences entre la
séquence de la protéine AN1 du mutant considéré par rapport au sauvage : plus les différences sont nombreuses,
moins il y a d’ARNm de dfr.
Or on sait que la protéine AN1 peut se lier à l’ADN et que les différences repérées portent justement sur les
domaines mis en jeu dans cette liaison à l’ADN.
On peut donc proposer que la protéine AN1 joue le rôle de facteur de transcription et, en se liant à l’ADN, contrôle
l’expression du gène dfr.
Le gène dfr est impliqué dans la voie de biosynthèse des anthocyanes (comme le montre le document annexe), dès
lors, cela explique les phénotypes des mutants étudiés : de O à S, les corolles sont de plus en plus pigmentées, ce
qui correspond à une expression plus importante de dfr, contrôlée par la protéine AN1.