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La domestication des plantes : l’exemple du Maïs.
Actuellement, tous les scientifiques s’accordent pour dire que les maïs proviennent de la
domestication d’une plante, le téosinte présente encore aujourd’hui dans certaines
régions du Mexique.
Maïs et téosinte ont les mêmes caryotypes ; ils s’hybrident naturellement dans les
régions où ils coexistent et les hybrides sont fertiles.
Dans les années 2000, Dolores
Piperno et Kent Flannery
identifient des échantillons
fossiles de maïs datés de - 6000
à - 4250 ans. Leurs
caractéristiques montrent que
l’homme a participé à la
modification de ces plantes en
recherchant les variétés
présentant les épis les plus
grands et les plus fournis.
Echantillons de Maïs datant de – 6000 (forme a)
à – 4250 ans (forme c) vus sous deux angles
différents.
a. A partir des données issues des documents suivants présentez sous forme d’un
tableau ce qui distingue le téosinte et le maïs.
.Document 1 : Organisation des plants
Maïs :
Téosinte :
Document 2 : Organisation des inflorescences femelles.
Maïs
Téosinte
Document 3 : organisation des inflorescences mâles.
Maïs
Téosinte
Document 4 : Epis et graines.
Les grains de téosinte sont entourés d’une cupule qui correspond à des glumes soudées ;
les grains de maïs ont des glumes réduites et fines (qui se coincent entre les dents
lorsqu’on mange les grains !)
Maïs Téosinte
Chez le maïs on trouve environ 500 grains par épi contre une dizaine pour le téosinte ;
dans les deux cas l’albumen contient de l’amidon. Chez le maïs les graines sont fortement
solidaires du rachis et ne se détachent pas naturellement alors que les grains se
détachent spontanément chez le téosinte.
b. Expliquez pourquoi le maïs est une céréale à la base de l’alimentation d’une
grande partie de la population mondiale et des animaux d’élevage.
c. Indiquez deux caractères perdus par le maïs (par rapport au téosinte) qui jouent
un rôle important dans la dissémination et qui rendent donc la survie du maïs
dépendante de l’action de l’homme.
Les différences dans la morphologie de la plante, dans celle des inflorescences femelles
et des semences entre le maïs cultivé et le téosinte sont très nettes, ce qui pourrait
laisser supposer que le passage d’une forme à l’autre au cours de la domestication a fait
intervenir des mutations de nombreux gènes.
Au début des années 70, Beadle a testé cette idée. Ces expériences l’on conduit à
penser qu’un petit nombre de gènes majeurs, 4 ou 5, suffit pour rendre compte du
passage des caractéristiques du téosinte à celles du maïs.
Durant les 20 dernières années, les spécialistes, notamment l’équipe de Doebley, ont
recherché la nature des innovations génétiques en cause, confirmant l’idée que des
mutations affectant un petit nombre de gènes étaient à l’origine des caractères de la
domestication.
En vous appuyant sur l’ensemble des données suivantes, essayer d’expliquer l’origine
génétique des différences morphologiques des pieds de maïs et de téosinte liées à
la domestication.
Document 1 : un maïs mutant.
Source : The genetics of Maize evolution .John Doebley Annual review of genetics 2004
Les différences principales sont schématisées ci-dessous.
Maïs normal Maïs mutant
M = inflorescence mâle F = inflorescence femelle
Le croisement entre maïs normal et mutant (jouant le rôle de plante mâle) engendre une
population d'hybrides F1 ayant tous le phénotype normal.
En F2 (F1 x F1) sur 99 plantes, 72 ont le phénotype normal et 27 le phénotype mutant.
Document 2 : le téosinte et le maïs mutant.
On a croisé le mutant du maïs avec le téosinte. Tous les hybrides F1 ont le phénotype
téosinte et sur 98 plantes F2 (F1 x F1) 75 ont le phénotype téosinte et 23 le phénotype
mutant.
Téosinte Mutant Maïs
Source : The genetics of Maize evolution .John Doebley Annual review of genetics 2004
Document 3 : Séquences pour Anagène.
Le fichier TB1-CDS.edi contient les séquences codantes du gène tb1 pour 5 allèles de
maïs et 4 allèles de téosinte. (Ce sont des séquences d’ADN ; il peut être utile de
comparer les séquences peptidiques…)
: La séquence de l'allèle mutant est caractérisée par l'insertion d'une
séquence d'un segment d'ADN qui a pour effet d'introduire un codon stop anticipé et
donc à une protéine non fonctionnelle.
Document 4 : Expression du gène tb1 chez le téosinte et le maïs.
Les chercheurs ont formulé l'hypothèse que si la fonction de la protéine TB1 n'a pas
changé, il est probable que des changements dans l'expression du gène sont la cause du
changement phénotypique. Ils ont dosé la quantité d'ARN messager du gène TB1 présent
chez le maïs et le téosinte, d'une part au niveau des bourgeons axillaires, d'autre part
au niveau des ébauches d'inflorescences femelles.
Les résultats sont présentés dans le document ci-dessous.
Aide à la résolution
- établir les caractéristiques du mutant par rapport au maïs et au téosinte ;
- que peut-on tirer des résultats des croisements (proportions des phénotypes en F2)
- en quoi l’étude comparative des différents allèles du maïs et le téosinte conduit-elle en
quelque sorte à une impasse.
- un regard sur le paragraphe II du chapitre 2 de la partie I peut être utile…

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Tp 25 la domestication des plantes, exemple du maïs

  • 1. La domestication des plantes : l’exemple du Maïs. Actuellement, tous les scientifiques s’accordent pour dire que les maïs proviennent de la domestication d’une plante, le téosinte présente encore aujourd’hui dans certaines régions du Mexique. Maïs et téosinte ont les mêmes caryotypes ; ils s’hybrident naturellement dans les régions où ils coexistent et les hybrides sont fertiles. Dans les années 2000, Dolores Piperno et Kent Flannery identifient des échantillons fossiles de maïs datés de - 6000 à - 4250 ans. Leurs caractéristiques montrent que l’homme a participé à la modification de ces plantes en recherchant les variétés présentant les épis les plus grands et les plus fournis. Echantillons de Maïs datant de – 6000 (forme a) à – 4250 ans (forme c) vus sous deux angles différents. a. A partir des données issues des documents suivants présentez sous forme d’un tableau ce qui distingue le téosinte et le maïs.
  • 2. .Document 1 : Organisation des plants Maïs : Téosinte :
  • 3. Document 2 : Organisation des inflorescences femelles. Maïs Téosinte
  • 4. Document 3 : organisation des inflorescences mâles. Maïs Téosinte
  • 5. Document 4 : Epis et graines. Les grains de téosinte sont entourés d’une cupule qui correspond à des glumes soudées ; les grains de maïs ont des glumes réduites et fines (qui se coincent entre les dents lorsqu’on mange les grains !) Maïs Téosinte
  • 6. Chez le maïs on trouve environ 500 grains par épi contre une dizaine pour le téosinte ; dans les deux cas l’albumen contient de l’amidon. Chez le maïs les graines sont fortement solidaires du rachis et ne se détachent pas naturellement alors que les grains se détachent spontanément chez le téosinte. b. Expliquez pourquoi le maïs est une céréale à la base de l’alimentation d’une grande partie de la population mondiale et des animaux d’élevage. c. Indiquez deux caractères perdus par le maïs (par rapport au téosinte) qui jouent un rôle important dans la dissémination et qui rendent donc la survie du maïs dépendante de l’action de l’homme. Les différences dans la morphologie de la plante, dans celle des inflorescences femelles et des semences entre le maïs cultivé et le téosinte sont très nettes, ce qui pourrait laisser supposer que le passage d’une forme à l’autre au cours de la domestication a fait intervenir des mutations de nombreux gènes. Au début des années 70, Beadle a testé cette idée. Ces expériences l’on conduit à penser qu’un petit nombre de gènes majeurs, 4 ou 5, suffit pour rendre compte du passage des caractéristiques du téosinte à celles du maïs. Durant les 20 dernières années, les spécialistes, notamment l’équipe de Doebley, ont recherché la nature des innovations génétiques en cause, confirmant l’idée que des mutations affectant un petit nombre de gènes étaient à l’origine des caractères de la domestication. En vous appuyant sur l’ensemble des données suivantes, essayer d’expliquer l’origine génétique des différences morphologiques des pieds de maïs et de téosinte liées à la domestication. Document 1 : un maïs mutant.
  • 7. Source : The genetics of Maize evolution .John Doebley Annual review of genetics 2004 Les différences principales sont schématisées ci-dessous. Maïs normal Maïs mutant M = inflorescence mâle F = inflorescence femelle Le croisement entre maïs normal et mutant (jouant le rôle de plante mâle) engendre une population d'hybrides F1 ayant tous le phénotype normal.
  • 8. En F2 (F1 x F1) sur 99 plantes, 72 ont le phénotype normal et 27 le phénotype mutant. Document 2 : le téosinte et le maïs mutant. On a croisé le mutant du maïs avec le téosinte. Tous les hybrides F1 ont le phénotype téosinte et sur 98 plantes F2 (F1 x F1) 75 ont le phénotype téosinte et 23 le phénotype mutant. Téosinte Mutant Maïs Source : The genetics of Maize evolution .John Doebley Annual review of genetics 2004 Document 3 : Séquences pour Anagène. Le fichier TB1-CDS.edi contient les séquences codantes du gène tb1 pour 5 allèles de maïs et 4 allèles de téosinte. (Ce sont des séquences d’ADN ; il peut être utile de comparer les séquences peptidiques…)
  • 9. : La séquence de l'allèle mutant est caractérisée par l'insertion d'une séquence d'un segment d'ADN qui a pour effet d'introduire un codon stop anticipé et donc à une protéine non fonctionnelle. Document 4 : Expression du gène tb1 chez le téosinte et le maïs. Les chercheurs ont formulé l'hypothèse que si la fonction de la protéine TB1 n'a pas changé, il est probable que des changements dans l'expression du gène sont la cause du changement phénotypique. Ils ont dosé la quantité d'ARN messager du gène TB1 présent chez le maïs et le téosinte, d'une part au niveau des bourgeons axillaires, d'autre part au niveau des ébauches d'inflorescences femelles. Les résultats sont présentés dans le document ci-dessous. Aide à la résolution - établir les caractéristiques du mutant par rapport au maïs et au téosinte ; - que peut-on tirer des résultats des croisements (proportions des phénotypes en F2) - en quoi l’étude comparative des différents allèles du maïs et le téosinte conduit-elle en quelque sorte à une impasse. - un regard sur le paragraphe II du chapitre 2 de la partie I peut être utile…