Diaporama TP1 - Lycée Van Dongen

Biologie végétale
TP1 : SÉLECTION ET DOMESTICATION DES
PLANTES D’INTÉRÊT

Constat de départ
Des études récentes, essentiellement génétiques et cytogénétiques, ont permis d'établir une classification des blés
actuels et de leurs ancêtres et une nomenclature claire des différentes espèces botaniques.
À notre époque, on trouve du blé sauvage et du blé cultivé. La répartition géographique des espèces sauvages de blé
se limite au Bassin méditerranéen (au Moyen-Orient).
La différence essentielle entre les blés sauvages et les blés cultivés est qu'à maturité, les épillets composant les
épis des variétés sauvages tombent spontanément au sol après désarticulation de l'épi. Au sol, sous l'effet de
l'humidité, les grains contenus dans ces épillets germent. On ne peut donc les utiliser pour les conserver et en faire
de la farine.
Les premiers cultivateurs ont sélectionné des mutants dont les épis ne se désarticulent pas spontanément (-9 500
ans environ). Les grains ne tombent pas au sol ce qui permet de les récolter, de les conserver et d'en faire de la
farine.
Ces blés mutants ne sont plus capables de survivre et de se multiplier spontanément, et pour avoir une nouvelle
récolte, l'homme doit intervenir en semant lui-même une partie des grains qu'il a récoltés.
Dans le tableau de classification des blés, les études génétiques et cytogénétiques montrent que le blé nu dur,
Triticum turgidum variété durum dérive du blé vêtu T. turgidum var. dicoccum, alors que le Τ. aestivum var.
aestivum, blé nu tendre, dérive du blé vêtu, T. aestivum var. spelta.
Des études cytogénétiques ont montré que les blés hexaploïdes dérivaient des blés tétraploïdes qui, eux-mêmes,
dérivaient des blés diploïdes.
Blé
sauvage Vêtu
Blé
cultivé
Vêtu
Nu
Diploïde Tétraploïde Hexaploïde
T. monococcum var. T. turgidum var. Aucune espèce
boeoticum
dicoccoïdes
connue
T. monococcum var. T. turgidum T. turgidum var.
monococcum var.dicoccum
spelta
Engrain
Amidonnier
T. turgidum var.
Grand épeautre
durum
Blé dur
T. turgidum var.
turgidum
Blé Poulard
T. aestivum var.
aestivum
Blé tendre
Source : « Le blé dans l'Egypte ancienne. Étude botanique liée à la terminologie utilisée dans les scènes agricoles et dans les textes
religieux. » Mémoire présenté à l'École des Langues Orientales Anciennes (Institut catholique de Paris). Septembre 1990.

Acquis :
Les cultures végétales se font dans des agrosystèmes sous le contrôle de
l’Homme
La biodiversité évolue au cours du temps, notamment par l’apparition de
nouvelles espèces
L’apparition de nouvelles espèces se fait toujours à partir d’espèces
préexistantes par spéciation
La diversification du vivant se fait, notamment, grâce à des mécanismes
génétiques divers
Observations :
L’homme a sélectionné, il y a près de 10 000 ans, des caractères spécifiques et
intéressants du blé sauvage pour le cultiver
Cette sélection s’est traduite par une diversification des "blés" et une
complexification de leur génome
Problème : Comment la sélection empirique des plantes
cultivées par l’Homme a-t-elle conduit à une complexification
des génomes à l’origine d’une augmentation de la
biodiversité végétale ?

Les blés cultivés, actuels,
ont des caractéristiques
proches d’espèces sauvages
telles que l’amidonnier
ou l’engrain
Ces espèces sauvages
proches des blés cultivés
se situent dans des régions
où l’on retrouve archéologiquement
les plus anciens
grains de blé connus

On peut donc supposer :
- Que les blés actuels sont apparentés aux espèces sauvages
- Que les blés actuels ont été domestiqués, en premier lieu, dans les
régions où l’on trouve ces espèces sauvages (foyers de domestication)
Les caractères des espèces
sauvages favorisent leur survie
en milieu naturel (protection des
grains, bonne dissémination et
adaptation en fonction des
conditions)
En revanche, la culture des blés
est facilitée si ces caractères
sont exactement inversés
Les caractères favorables aux espèces cultivées ne sont pas favorables à
leur vie en milieu naturel, ce qui explique leur incapacité à y survivre

Les espèces cultivées ont été sélectionnées artificiellement à partir d’espèces
sauvages dans différentes régions en fonction de l’espèce concernée
Cette sélection artificielle est appelée « processus de domestication » et les
régions de sélection « foyers de domestication »
Les caractères recherchés par l’Homme lors de cette sélection sont ceux qui
facilitent la culture, les récolte et l’utilisation des espèces cultivées
BILAN
La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées
a souvent retenu (volontairement ou empiriquement) des
caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont
favorables pour les plantes sauvages.

Mécanismes de diversification des génomes
Spartina maritima Spartina alterniflora Spartina x townsendii Spartina anglica
/
2n = 60
2n = 62
2n = 61
2n = 122
L’ordre d’apparition des différentes spartines et leur nombre respectif de
chromosomes permettent de déduire que :
- Il y a eu croisement entre Spartina maritima et Spartina alterniflora (espèces
parentales)
- On a alors obtenu Spartina x townsendii (hybride)
- Puis il y a eu doublement de la quantité des chromosomes de Spartina x
townsendii à l’origine de l’apparition de Spartina anglica
Comment se passe ce doublement à l’origine d’une nouvelle espèce?

Deux individus appartenant à 2
espèces différentes peuvent
s’hybrider
Le descendant hérite donc d’un lot
de chromosome de chaque parent
Ces chromosomes provenant de deux
espèces différentes ils ne sont pas
homologues, l’appariement pendant la
méiose n’est pas possible (les
hybrides sont en général stériles)
Un événement accidentel de doublement des chromosomes peut suivre l’hybridation
chaque chromosome retrouve son homologue méiose possible fertilité
rétablie
Ces polyploïdes ont des génomes différents de ceux des espèces parentales
ils expriment des caractères différents
Une espèce polyploïde se caractérise par plus de 2 jeux complets de chromosomes :
- Si ils ont pour origine la même espèce : autopolyploïdie
- Si ils ont pour origine des espèces différentes : allopolyploïdie
Dans le monde végétal, les événements de polyploïdisation ont été relativement
fréquents
70 % des plantes à fleurs (angiospermes) ont eu au moins un événement de
polyploïdisation dans leur histoire évolutive

BILAN
Les hybridations suivies de polyploïdisation sont un des
mécanismes de diversification des génomes.

Génome 4n = 28
Génome 4n = 28
Génome 4n = 28 Génome 6n = 42
Dans l’histoire évolutive
du blé, on constate qu’il y
a plusieurs événements
d’hybridation qui ont été
suivis de doublement du
nombre de chromosomes,
ce qui a aboutit à
l’obtention de nouvelles «
espèces » de blés

La sélection phénotypique
correspond
à la sélection d’un
caractère d’intérêt,
ici le poids des
graines récoltées
On constate que le poids du grain est un caractère héréditaire car les graines
récoltées l’année n+1 à partir des semences sélectionnées l’année n ont un poids plus
important
Pour pouvoir être sélectionné, ce caractère doit être visible et pouvoir être
transmis à la descendance (il doit donc être codé génétiquement)
Des caractères intéressants sont identifiés par l’homme qui sélectionnent les
graines les possédant : il modifie, de générations en générations, les
caractéristiques des espèces cultivées qui présentent finalement un ensemble de
caractères utiles à l’homme
L’ensemble de ces caractères constitue le syndrome de domestication :
processus de sélection artificielle

BILAN
Les techniques de croisement permettent d'obtenir de
nouvelles plantes qui n'existaient pas dans la nature
(nouvelles variétés, hybrides, etc.).

Les différentes variétés de choux existant actuellement sont issues de processus
de domestication ayant eu lieu dans différentes régions (foyers de domestication)
Mais toutes ces nouvelles variétés de choux ont été obtenues à partir de la même
espèce sauvage, présente dans les 4 foyers de domestication
Comment une même espèce peut-elle être à l’origine de 4 nouvelles variétés ?

Les choux de Bruxelles, le
chou-fleur, le chou vert et
le Brocoli sont tous issus
de la même espèce
sauvage, Brassica oleracea
Chacune de ces variétés
de chou correspond à une
partie différente de
l’espèce sauvage
Dans le cas du chou, la sélection a porté sur une hypertrophie de 4 régions de
l’espèce sauvage :
- De l’inflorescence pour le brocoli
- Des bourgeons latéraux (axillaires) pour les choux de Bruxelles
- Des bourgeons terminaux pour le chou vert
- Des fleurs et tiges pour le chou-fleur
Parallèlement, une pratique culturale spécifique et des qualités nutritionnelles
spécifiques ont été sélectionnées

A partir d’espèces déjà domestiquées il est possible de poursuivre une sélection
artificielle, d’origine humaine
Une même espèce domestiquée peut ainsi présenter différentes variétés, différant
par leur pratique culturale, leurs qualités nutritionnelles …
Ces différentes variétés sont le produit d’une variété domestiquée plus ancienne,
elle-même produit d’une sélection agricole localisée
BILAN
Une même espèce cultivée comporte souvent plusieurs
variétés sélectionnées selon des critères différents ; c'est
une forme de biodiversité.

Mécanismes génétiques à la
base des sélections variétales
Dans cet exemple, à
chaque génération on
croise le résultat de la
génération précédente
présentant une résistance
à la tavelure avec
la variété « élite »,
intéressante pour sa
productivité, ses qualités
gustatives …
En recherchant le
génotype de chaque
génération, on remarque
que la sélection induit un
génotype caractéristique
de la variété « élite »
avec cependant une
homozygotie pour le gène
de résistance à la
tavelure

SÉLECTION
GÉNÉTIQUE
(production
de nouvelles
espèces
végétales par
hybridation
d’espèces
parentales,
stables)
POINTS POSITIFS POINTS NÉGATIFS
- Homogénéité de la F1
- Apparition de nouvelles variétés
végétales hybrides ayant uniquement
les caractères d’intérêt
des variétés parentales = vigueur
hybride
Meilleure performance des
variétés hybrides
Meilleur rendement des
variétés hybrides
- Hybrides non stables
Achat des semences de ces
hybrides chaque année auprès des
industries agro-alimentaires
Coût important pour l’agriculteur
- Variétés souvent plus demandeuses
en eau
Augmentation des irrigations
Fort prélèvement sur les
ressources en eau douce de la
planète
- Variétés souvent moins résistantes
naturellement malgré leurs performances
Augmentation de l’utilisation des
produits phytosanitaires
Augmentation des risques de
pollutions
- Variétés cultivées en monoculture
Diminution de la biodiversité
Et un documentaire intéressant : http://www.youtube.com/watch?v=-qX0KHYBum8