LA PLANTE DOMESTIQUEE

1. LA PLANTE DOMESTIQUEE

2. Plantes ressources pour l’Homme depuis tjs • Alimentation de l’Homme • Alimentation des animaux d’élevage • Pharmacopée • Habillement • Combustible • Cosmétique • Ornementation • …

3. Etape essentiel dans histoire de l’Homme • Passage il y a 8500 ans de chasseur cueilleur à agriculteur dans plusieurs région du monde Début de la domestication des plantes sauvages

4. Le croissant fertile (Moyen-Orient), l'Amérique centrale et l'Asie du Sud-Est sont les berceaux de la majorité des espèces animales et végétales consommées dans le monde entier.

5. I. L'évolution liée aux changements de milieu • Migration des populations humaines au néolithique avec leurs graines • Mondialisation à partir de l’époque de Chistophe Colomb : découverte en Europe de la pomme de terre, café, tomate, mais… • Le changement de biotope entraine une évolution très rapide du végétal Par exemple, le colza, qui est originaire d'Europe, a été introduit au XVIIe siècle en Chine et au Japon où il a développé des caractères génétiques originaux. Ce sont ces « nouvelles variétés » que l'on utilise aujourd'hui en France. Il a donc suffi d'un ou deux siècles de culture dans des régions nouvelles pour voir l'apparition de nouveaux gènes.

7. Amélioration de l’utilisation alimentaire humaine et animale: - graines nues - graines plus grosses - graines plus riches en glucides

8. Le grain de téosinte se détache facilement de l'épi (ce qui est favorable pour une espèce sauvage, car la plante se ressème facilement) et est peu digeste, à la différence du grain de maïs. Cinq régions chromosomiques à forte variation allélique, associées à la variation d'un caractère quantitatif (QTL) sont impliquées dans la transformation de la téosinte en maïs, affectant la ramification, le nombre de grains par épi, la dureté des glumes, l'accumulation d'amidon, etc. Au cours de la domestication du maïs, plusieurs gènes comme tb1 ont muté. Si on mute volontairement tb1 dans le maïs, le pied prend l'aspect d'un pied de téosinte. Le maïs a été exporté de l'Amérique centrale vers tout le continent américain, puis vers l'Europe. Il fut alors nécessaire de sélectionner les pieds les plus résistants aux conditions climatiques.

9. Les caractères de domestication La domestication des plantes sauvages résulte de modifications génétiques conduisant à l'émergence de formes cultivées répondant aux besoins de l’Homme. Les plantes cultivées dérivent toutes de plantes sauvages. Ces modifications ont entrainées l’acquisition de nouveaux caractères morphologiques qui définissent le syndrome de domestication, et qui facilitent la culture.

10. La carotte a une longue histoire puisque les romains la consommaient déjà. Un certain nombre de textes médiévaux permettent de constater qu'il existait déjà au Moyen-Age des carottes pourpres et blanches. C'est à la fin du XVIème siècle que la carotte orange fait son apparition, créée par des horticulteurs hollandais.

11. Un certain nombre d'artistes ont peint des tableaux où on peut voir différents types de carottes. C'est le cas de Pieter Aertsen, un artiste hollandais qui peint une vendeuse de légumes au milieu du XVIème siècle. On remarque sur ce tableau la présence de carottes oranges (une nouveauté) mais aussi de carottes blanches. Plus tardif, l'homme-potager d'Arcimboldo, en revanche ne montre que des carottes blanches.

12. Au milieu du XVIIème siècle, le hollandais Gérard Dou représente une éplucheuse de carottes bien oranges. Désormais c'est cette carotte qui a pris la place principale dans la cuisine occidentale. Ces différentes variétés ont été obtenues par hybridation classique. L'horticulteur procède à des pollinisations croisées entre le pollen d'une carotte et l'ovule d'une autre présentant des caractéristiques intéressantes. C'est par croisements successifs (et tâtonnements !) qu'on arrive à la variété que l'on cherche à obtenir.

15. L'homme commence à améliorer les plantes lorsqu'il se sédentarise, il y a 10 000 ans. C'est le début de l'agriculture : il cultive les plantes pour son alimentation et pratique alors une sélection en choisissant, de manière empirique, de ressemer les plus beaux grains des plantes les plus intéressantes.A la fin du 19e siècle, l'homme réalise les premiers croisements de parents choisis. L'avancée des connaissances et les progrès technologiques ont depuis permis l'évolution des techniques de sélection.Ceci s'est traduit plus récemment par l'intégration des biotechnologies dans les programmes de sélection. C'est un outil supplémentaire à la disposition du sélectionneur pour repousser certaines limites rencontrées par les voies classiques de l'amélioration des plantes.

16. La vigueur de l’hybride F1 Le maïs est l'espèce dans laquelle les premiers hybrides ont été créés. Ces variétés hybrides sont plus vigoureuses que les populations, c'est le résultat de l'hétérosis, appelé également vigueur hybride. Elles ont permis notamment l'extension des zones de culture du maïs grâce à une meilleure tolérance au froid et une plus grande précocité. Cultivées aux Etats-Unis, en 1936, elles se sont ensuite développées en France à partir de 1947, suite aux travaux de l'INRA. Ces hybrides résultent du croisement entre des lignées américaines de maïs à grains dentés et des lignées européennes à grains cornés. Les premières lignées cornées proviennent de populations locales telles que la population Lacaune, qui était cultivée dans le Sud-Ouest.

19. La biodiversité et les espèces cultivées Il est aisé de cloner certaines espèces végétales : marcottage, bouturage… ne font qu'exploiter des possibilités de régénération existant dans le végétal. À force de sélectionner et de privilégier les espèces les plus productives, on finit par ne cultiver qu'un petit nombre de variétés. Au xixe siècle, l'Europe fut touchée par une épidémie de phylloxera (un insecte piqueur) : à de rares exceptions près, tous les ceps de vigne moururent. Il fallut greffer des cépages sur des pieds de vignes américains naturellement résistants au phylloxera, pour voir renaître le vignoble français. De même, au xixe siècle également, le mildiou, en attaquant la pomme de terre, provoqua une immense famine en Irlande.Même si des plants d'intérêt sont cultivés de façon intensive, il est toujours judicieux de conserver des variétés moins productives, mais porteuses de résistance à certaines maladies par exemple.

20. Les recherches en biotechnologie Une équipe de l'INRA a mis au point la technique des plantes à traire. Cela consiste à extraire des racines des métabolites secondaires produits par la plante (comme le taxol, un puissant anticancéreux prélevé normalement chez l’if). Au lieu de détruire des arbres centenaires, la culture hors sol dans un milieu liquide permet de récupérer les mêmes molécules et cela, sans tuer la plante. La culture in vitro a permis de réaliser du clonage à grande échelle. À partir de tissus végétaux, débarrassés de la paroi pectocellulosique (proplastes), on obtient en moins d'un mois un amas de cellules non différenciées : le cal. Cultivé dans un cocktail adéquat d'hormones végétales, ce cal va se développer en embryon somatique. On peut, sous l'influence de rayons ionisants par exemple, induire des mutations et vérifier quand la plante grandit si ces mutations ont un intérêt agronomique ou agroalimentaire. Les proplastes d'espèces qui ne peuvent pas être croisées peuvent être fusionnés : ce sont des hybrides somatiques. L'exemple le plus célèbre est celui de l'hybride entre la tomate et la pomme de terre : la pomate, qui ne fut pas commercialisée. Mais cette technique a surtout permis l'introduction de gènes de résistance au mildiou dans la pomme de terre, de résistance à l'atrazine chez le colza, etc.

21. Le processus d'haplodiploïdisation comprend l'obtention de plantes haploïdes à partir des gamétophytes mâles ou femelles (pollen, ovules), qui peuvent également donner des cals, après un doublement de leurs chromosomes induit par la colchicine. Les végétaux obtenus seront homozygotes. On peut aussi les obtenir par autofécondation, mais le processus est plus lent et on produit moins d'organismes à la fois. Un autre exemple de biotechnologie au service des plantes est la culture de méristèmes. Des travaux ont prouvé que de tous les tissus végétaux, les seuls qui ne sont pas touchés par une infection virale sont les méristèmes. En les cultivant en conditions stériles, après un léger chauffage, suffisant pour tuer les virus sans tuer les cellules végétales, on peut reconstituer un cal, puis cloner ce cal pour obtenir de nombreux plants. Ainsi furent sauvées la pomme de terre Belle de Fontenay, la violette de Toulouse, etc.

22. Les techniques du génie génétique et les végétaux Au cours de la domestication, chez le riz, la surexpression d'une enzyme a permis d'avoir des grains plus chargés en réserve. Avec les connaissances actuelles en génétique, il peut être facile d'agir directement sur l'expression de cette enzyme sans effectuer de nombreux croisements entre végétaux. Le maïs est attaqué par la pyrale qui provoque des dégâts sur la tige, l'épi. Un moyen de lutte est l'utilisation d'une bactérie : le bacille de Thuringe. Ce micro-organisme peut être dispersé sur les champs sous sa forme de résistance. Ingéré par la larve de l'insecte, le bacille détruit son système digestif par production de toxines. Mais une pluie peut lessiver les bacilles et le parasite peut attaquer de nouveau le champ de maïs. On eut donc l'idée d'introduire le gène codant la toxine dans le génome de la plante.

23. Les végétaux peuvent être attaqués par une autre bactérie, Agrobacteriumtumefasciens. Cette bactérie, à la faveur d'une blessure, est capable de s'introduire dans le végétal et d'insérer un plasmide (le plasmide est une molécule d'ADN circulaire, qui se distingue du chromosome bactérien) Ti dans le génome des cellules de la plante. La plante forme une tumeur ou galle, dans laquelle la bactérie prolifère. En modifiant le plasmide Ti et en remplaçant le gène de virulence par le gène codant la toxine de Bacillusthurigiensis, on peut introduire dans le génome de la plante le gène d'intérêt (et obtenir une plante dite « Bt » produisant une toxine efficace contre la pyrale). Si l'opération est réalisée sur des cals, il est facile de ne faire proliférer que les cellules génétiquement transformées. Il existe d'autres techniques pour introduire un plasmide porteur d'un gène d'intérêt : on peut utiliser un canon à particules, le plasmide étant sur des microbilles de tungstène (1 μm de diamètre). Les deux techniques peuvent être combinées (agrolistique).