DE LA PLANTE A LADN Plante Nom gnrale

DE LA PLANTE A L’ADN

• Plante : Nom générale sous lequel on comprend le végétal organisme vivant du royaume « plantae » càd eucaryotes qui possède de la chlorophylle dans cellules. • Axe feuillé prolongé par les racines.

Thalle = Amas de cellules = non vasculaires Cormus = Axe = tige; Trachés = vaisseaux Cryptogames = reproduction cachée (sans fleurs) • Phanérogames = Organe reproducteur visible • Spermaphytes = Plantes à fleurs • •

• le phénotype dépend du génotype mais aussi de l'environnement • comment l’environnement influence t il le phénotype? • Epigénétique: Relatif à l’influence de l’environnement sur l’expression des gènes: Les individus, et par voie de conséquence leurs gènes, sont en effet soumis à de nombreux facteurs environnementaux : alimentation, maladies, médicaments et toxiques, stress, lieu & hygiène de vie, qui peuvent modifier autant leurs cellules que leur ADN. On sait aujourd’hui que les gènes peuvent être « allumés » ou « éteints » par plusieurs types de modifications chimiques qui ne changent pas la séquence de l’ADN comme des méthylations de l’ADN et des modifications des histones, ces protéines sur lesquelles s’enroule l’ADN pour former la chromatine. . Les modifications épigénétiques sont induites par l’environnement au sens large du terme.

La diversité: • Le développement du phénotype (qu'il soit morphologique, comportemental ou social) requiert de ce fait, non seulement une approche écologique, mais aussi une approche écoéthnologique et socio-écologique. • 1°) Diversité des phénotypes et échelles d’observation • 2°) Protéine, support moléculaire du phénotype 2. 1 Qu’est-ce qu’une protéine 2. 2 Séquence en acides aminés et structure spatiale des protéines 2. 3 Diversité protéique et variabilité du phénotype

Paysage et formes végétale La forme végétale dépend de deux paramètres: - De la durée de vie du bourgeon terminal. Du type d’inflorescence - Du type de ramification des tiges

LES INFLORESCENCES • On distingue les inflorescences indéfinies et les inflorescences définies, selon que l’axe principal de l’inflorescence est terminé par un bourgeon ou par une fleur. • L'inflorescence est un des moyens d'attraction des pollinisateur par l'effet de groupe qu'elle procure. Ce rassemblement de fleurs augmente généralement le taux des visites et la diversité des pollinisateurs, car il offre à ceux-ci une mine concentrée de ressources plus visibles et une facilitation de l'atterrissage. De plus, l'inflorescence simule une grande fleur plus prometteuse de récompenses (nectar, pollen)1.

6 • On distingue les inflorescences indéfinies et les inflorescences définies, selon que l’axe principal de l’inflorescence est terminé par un bourgeon ou par une fleur. • Inflorescences indéfinies Grappe Epi Corymbe Spadice Ombelle Capitule

• Inflorescences définies Cyme multipare Cyme bipare Cyme unipare hélicoïde Cyme unipare scorpioide

Panicule = grappe de grappe

Inflorescences composées • homogènes : – panicule : grappe de grappes, – ombelle d’ombellules, – épi d’épillets. • mixtes : – thyrse : grappe de cymes, – panicule d’épillet, – corymbe de capitules, – épi de cymes, – épi de glomérules.

Place des biotéchnologies • Biotechnologies végétales: • Les biotechnologies peuvent intervenir à plusieurs niveaux dans la plante: • Au niveau cellulaire par l'utilisation des techniques d'hybridation somatique , d'haplo-diploïdisation, multiplication in vitro etc. . . – L'utilisation des biotechnologies cellulaires est étroitement liée aux propriétés de la cellule végétale qui sont: • la plasticité des cellules végétales ( adaptation rapide aux variations de l'environnement). • La totipotence des cellules (aptitude à la dédifférenciation ) qui permet aux cellules végétales prélevées sur un organe quelconque d'une plante et mise en culture in vitro de régénérer un individu complet et identique à la plante mère. • Au niveau moléculaire par la création d'une carte génétique, l'identification des gènes d'intérêts par le biais de sondes moléculaires. • Hybridation des plantes par l'outil des biotechnologies appelé également la transgénèse.

La transgenèse L'hybridation somatique. Au cours de la reproduction sexuée, les informations génétiques contenues dans le cytoplasme sont transmises par la mère. En revanche, la fusion de protoplastes conduit à une hybridation des noyaux, mais aussi à celle des cytoplasmes. La transgénèse, ou transgénèse est le fait d'implanter un ou plusieurs gènes dans un organisme vivant. Ce transgène pourra être exprimé dans l'organisme transformé La totipotence est, en biologie, la propriété d’une cellule de se différencier en n’importe quelle cellule spécialisée et de se structurer en formant un être vivant multicellulaire. La totipotence s'oppose à la pluripotente, la multipotence, et l'unipotence.

haploïde, diploïde Une cellule haploïde est une cellule qui ne comporte qu'un seul exemplaire de chaque chromosome. (n chromosome) Une cellule diploïde est une cellule qui comporte deux représentants homologues de chaque chromosome. (2 n chromosomes)

NIVEAU VEGETATIF Les plantes regroupent notamment les plantes à fleurs (Angiospermes), les Gymnospermes (sapins, pins) et les fougères. Une plante se définit comme des êtres vivants fixés pourvus d’un appareil végétatif, composé de racine, de tige et de feuille. L’appareil végétatif est composé de l’appareil racinaire qui est en contact avec le sol et de l’appareil aérien qui est en contact avec l’atmosphère. On distingue les plantes herbacées (10 cm de hauteur env. comme le plantain) et les plantes ligneuses qui possèdent un tronc et des tiges brunes et ramifiées en raison de la presence de la ligninequi donne du « bois » Les caractéristiques de la plante sont en rapport avec la vie fixée à l'interface sol/air dans un milieu variable au cours du temps.

NIVEAU REPRODUCTEUR La fleur représente l'organe de reproduction chez les plantes à fleurs (Angiospermes). Les étamines produisent les grains de pollen qui contiennent les cellules reproductrices mâles, tandis que le pistil abrite l'ovule. La fécondation est généralement croisée, c'est-à-dire que dans la plupart des cas, une plante ne peut pas s'auto-féconder.

ORGANISATION DE LA FLEUR

LA POLLINISATION

STRUCTURE DES OVULES STRUCTURE DES GRAINS DE POLLEN oosphère GRAIN DE POLLEN

La reproduction d’une plante à fleurs se décompose en plusieurs étapes. Trois phases sont décisives : 1 -/Le grain de pollen est transporté d’une étamine au stigmate d’un carpelle, c’est la pollinisation. 2 -/Si le grain de pollen est compatible avec le stigmate, il fabrique un tube pollinique qui transporte, à travers le style, les gamètes mâles vers l’ovaire. 3 -/La fécondation a lieu et donne un embryon qui donnera la future graine.

Le pollen va germer, puis les gamètes mâles seront acheminés jusqu’au gamète femelle situé dans le sac embryonnaire de l’ovule grâce au tube pollinique. La fusion du gamète mâle et du gamète femelle ou « fécondation » donnera naissance au zygote, futur embryon de la graine. La pollinisation est donc indispensable à la fécondation à l’origine des graines. Elle est aussi nécessaire à la production des fruits et joue un rôle important dans le rendement des cultures et la qualité de certains fruits (taille, forme, …).

La double fécondation Lorsqu'un grain de pollen (gamétophyte mâle) se dépose sur la partie terminale du pistil, le stigmate (ce qui constitue la pollinisation), il germe en formant un long tube pollinique dans lequel se forment deux gamètes mâles. Quand l'extrémité du tube pollinique arrive au contact de l‘ovule, les gamètes mâles pénètrent à l'intérieur, pour atteindre le sac embryonnaire, gamétophyte femelle contenant sept cellules, dont l'une est l‘oosphère (gamète femelle, homologue de l’ovule des animaux). L'un des deux gamètes mâles féconde l'oosphère, dont le développement donnera l'embryon, tandis que l'autre fusionne avec une grande cellule à deux noyaux (œuf albumen), qui fournira les réserves de la graine.

• Le grain de pollen peut provenir de la même fleur on parle d’autogamie ou d’une fleur différente on parle d’heterogamie. Il peut être transporter par vent (fécondation anémophile ) ou par les insectes (fécondation entomophile) ou par l’homme. • Il arrive sur le stigmate visqueux augmente de volume par le biais de l’eau et envoie le tube pollinique qui sort par un pore de l’exine traverse le style et pénètre dans l’ovule par le micropyle traverse le nucelle et arrive à l’oosphère : à ce moment le noyau végétatif dégénère et le noyau reproducteur se cloisonne en deux gamètes males. • 1 gamète male fusionne avec l’oosphère pour donner un œuf à 2 n chromosomes qui donnera l’embryon. • 1 gamète fusionne avec les deux noyaux du sac embryonnaire pour donner l’albumène à 3 n chromosomes • A ce moment les antipodes et les synergides disparaissent • Une fois le croisement réalisé l’ovaire se transforme en fruit et l’ovule fécondé devient une graine. Cette double fécondation est caractéristique des angiospermes.

L'embryogenèse : est le processus de formation d'un organisme pluricellulaire, végétal, de la cellule oeuf issue de la rencontre des gamètes parentaux à un être vivant autonome. En arrivant au niveau de l'ovule le tube pollinique traverse un synergide et libère alors les deux noyaux des spermatozoïdes. Un des noyaux féconde l'oosphère et donnera l'embryon, l'autre noyau féconde la cellule polaire diploïde donnant ainsi une cellule à 3 n qui est à l'origine de l'albumen (ou endosperme). Ce tissu remplace petit à petit le sac embryonnaire et est indispensable au développement de l'embryon. Il peut disparaitre avant la maturation de la graine par le développement des cotylédons. Les graines n'ayant pas ce tissu de réserve sont liées à la présence d'un champignon symbiotique qui leur fournit l'énergie nécessaire à la germination (orchidées). Les téguments de l'ovule forment les téguments de la graine, l'ovaire se transforme en péricarpe pour former le fruit

Chez les Angiospermes, la double fécondation assure le transfert de deux gamètes mâles, par siphonogamie (transfert par le tube pollinique), jusqu’à l’oosphère et le (ou les) noyau(x) polaire(s) permettra la formation du zygote diploïde et l’initiation de l’albumen (le plus souvent triploïde). Après la double fécondation, l’ontogenèse, c’est à dire l’ensemble des processus de développement, débute par le développement de l’embryon (embryogenèse) et celui de l’albumen (non détaillé ici, voir Berger, 2003 et Sorensen et al. , 2002). Ces deux processus concernent deux cellules très différentes du sac embryonnaire, l’oosphère haploïde et la cellule centrale binucléée (deux noyaux haploïdes ) ou uninucléée diploïde selon les espèces.

En rouge c’est le MAC qui se met en place En jaune c’est la mise en place de l’épiderme

Le développement embryonnaire requiert l’intervention de signaux de développement, parmi lesquels l’auxine semble jouer un rôle de premier plan. Ainsi, dans les stades globulaires jeunes, l’auxine présente dans la plupart des cellules est donc probablement impliquée dans l’activation des divisions de l’embryogenèse. Mise en place du M A R Le péricycle en rose et leur ancêtres en jaunes

L'embryogenèse regroupe donc les étapes successives du développement du zygote, durant lesquelles une série complexe de changements morphologiques et physiologiques aboutissent à la formation d'un embryon. Cet embryon possède un axe apical/basal, délimité par les méristèmes caulinaire et racinaire, avec le plus souvent deux cotylédons dans lesquels des quantités importantes de réserves seront accumulées. L'ensemble du processus conduit à l'organisation de la future plantule, à l’accumulation de réserves, et conditionne sa capacité de germination. Par ailleurs, ces mécanismes préparent l'embryon à la quiescence, voire dans certains cas à la dormance. Par la suite, sur le plan physiologique, il faut noter l'accumulation des réserves, par accumulation de macromolécules, ainsi que la mise en place des mécanismes de tolérance à la dessiccation. On parle de maturation embryonnaire. Enfin, au cours dernières étapes de l'embryogenèse, la graine peut se déshydrater jusqu'à ne plus disposer que d’une teneur en eau inférieure à 5% de sa masse fraîche.

EVOLUTION DE L’OVAIRE APRES FECONDATION

La germination est le processus de développement de la plante contenue dans sa graine. Au printemps, de nombreuses graines germent naturellement dans la nature. L’enveloppe de la graine se déchire pour laisser apparaître une petite racine, puis une tige qui porte de petites feuilles. Tout le monde a déjà essayé de faire germer chez lui des graines de haricots ou des grains de blé. Quelle satisfaction de voir les graines se transformer en germes puis en pousses et d’observer ensuite le développement ! Ces expériences menées prouvent que la germination ne nécessite pas particulièrement de compétence, de place, ou de matériel spécifique. Il suffit de réunir les conditions naturelles nécessaires à la germination des graines pour obtenir un résultat

pour germer, les graines ont besoin d'une humidité suffisante et d'une température convenable. Or, ces conditions sont souvent réalisées au printemps (journées plus chaudes et pluies assez fréquentes)

L'embryon présente les ébauches des futurs organes de la plante. Il possède ainsi une radicule, future racine, une tigelle, et une gemmule, futur bourgeon terminal. Les cotylédons sont portés par la tigelle. Leur point d'attache détermine l'épicotyle et l'hypocotyle dans l'axe embryonnaire. Dans certaines graines se sont eux qui accumulent les réserves. Leur nombre différencie les deux grands groupes des angiospermes : les mono et dicotylédones (les gymnospermes en possèdent plusieurs). La germination : C'est l'absorption d'eau par la graine qui va entrainer la germination suite à une activation externe. Quand tous les tissus sont réhydratés, le gonflement de la graine provoque la rupture des téguments. En même temps l'embryon commence à métaboliser les réserves de la graine. La radicule, puis la tigelle, s'allongent. Rapidement les chloroplastes deviennent actifs et permettent un développement autonome.

Les conditions optimales de la germination Pour germer, les graines ont besoin d’eau et de chaleur, mais pas que. . . Il faut donc s’attacher à maintenir une humidité optimale. En effet, s’il fait trop sec la matière fraîche ne se développera pas et les graines ne vont pas germer et s’il fait trop humide, l’excès d’eau risque d’asphyxier les graines et de les faire moisir. Le fait d’évoquer le terme d’asphyxie signifie que les graines se remettent à respirer lorsqu’elles changent d’état. Il ne faut donc pas les noyer car elles ont besoin d’oxygène pour se développer. Par ailleurs, il faut maintenir une température suffisante car le froid ralentit ou peut même stopper l’activité de la graine. La vitesse de germination étant fonction de la température, il faut maintenir les graines en intérieur à température ambiante ou proche d’une source de chaleur pour une croissance rapide. Selon le type de graine la température optimale est variable (le blé germe à 5°C alors que le haricot est frileux, il ne germe pas en dessous de 15°C). Enfin, si les graines ont rarement besoin de lumière pour germer, une fois que les germes sont sortis, il est nécessaire pour leur croissance de les exposer à la lumière indirecte. C’est cette exposition qui donnera leur couleur verte aux pousses.

L'embryogenèse végétale est l'ensemble des processus physiologiques qui conduisent à la transformation d'une cellule unique, le zygote, en un individu multicellulaire plus complexe contenu dans la graine mature.

En conclusion, humidité, chaleur, oxygénation et l’exposition à la lumière sont les maîtres mots d’une germination efficace. Selon les variétés de graines, les valeurs varient quelque peu. Il est essentiel de consulter la notice des graines que vous ferez germer pour votre alimentation crue si c’est l’objectif car les conditions et temps de pousse ne sont pas identiques selon que vous choisissiez des lentilles ou du blé. Par ailleurs, il faut noter que certaines graines sont toxiques et qu’il ne faut pas les consommer germées. C’est notamment le cas de la graine de tomate que vous devez planter pour en récolter le fruits.

Cours 1 Structure de l’ADN et réplication

La naissance de la biologie moléculaire Des expériences majeures mènent les chercheurs à reconnaître que l’ADN est le matériel héréditaire • Mendel, 1866: Les lois de l’hérédité • Morgan, 1913: les chromosomes support de hérédité • Griffith, 1928; Avery 1944: L’ADN, support biochimique de l’information génétique

Conclusion 1. Les bactéries vivantes, non pathogènes, ont capté une substance provenant des bactéries pathogènes et se sont transformées en bactéries pathogènes ce qui a fait mourir l’animal. 2. L'agent de transformation est héréditaire puisque les bactéries transformées en pathogènes se reproduisent en d'autres bactéries pathogènes. 3. L'agent de transformation n'est probablement pas constitué de protéines car les protéines sont dénaturées par la chaleur. Griffith a utilisé la chaleur pour tuer les bactéries. Transformation Modification du génotype (gènes) et du phénotype (gènes exprimés, apparence) due à l'assimilation par une cellule d'un ADN étranger.

L’expérience de Avery et Mc. Carty (1944) Souches lissses Inactivation par la chaleur Purification des ARN, proteines et ADN et melange avec souches ruguesuses ARN Protéines ADN Transformation des souches ruguesuses en souches lisses

L’expérience de Hershey et Chase (1952) Life cycle of the T 2 bacteriophage

L’expérience de Hershey et Chase (1952) Les bactéries infectées par des virus aux protéines marquées (35 S) ne deviennent pas radioactives mais celles infectées par des virus à l’ADN marqué (32 P ) le devienne. Conclusion: Le matériel héréditaire injecté par les virus aux bactéries est l'ADN.

Conclusion : L’ADN est le support de l’information génétique

Travaux de Rosalind Franklin (1953) 1953 Rosalind Franklin démontre que l'ADN possède une structure hélicoïdale grâce à sa radiographie par diffraction de rayons X. Elle en conclue que les squelettes désoxyribose-phosphate sont à l'extérieur de la double hélice.

Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides • Les nucléotides sont composés de 2'- deoxyribose (un sucre a cinq-carbons), d’acid phosphorique, et des bases azotées nommées Adénine, Guanine, Cytosine et Thymine 57

Les bases azotées • Les 2 bases, A et G, ont une structure a double-cycle; elles sont appelees purines • Les 2 bases, T et C, ont une structure avec un seul cycle; elles sont appeles pyrimidines 58

ADN : structure 59

Polymérisation de l’ADN Nouveau brin Carbon e 3’ du sucre Nucléoside tri- Brin matrice Lien phosphodie ster ADN polymérase

La réplication est semi-conservative L’ éxperience de Meselson et Stahl (1958) 64

La réplication de l’ADN – La réplication de l’ADN est bi-directionelle – La réplication débute à partir d’un seul site appelé origine de réplication – La région où les 2 brins parentaux se séparent et les nouveaux brins sont entrain d’être synthetisé est appelée fourche de réplication 65

La réplication de l’ADN

c. La synthèse du brin discontinu nécessite plusieurs enzymes • ADN polymérase III (Pol III) synthétise le brin continu et la majeure partie du brin discontinu • ADN polymérase I (Pol I) enlève les amorces d’ARN et les remplace par de l’ADN; cette enzyme a une activité 5’-> 3’ exonucléase; elle reconnait les cassures simple brin et hydrolyse un segment (entre 1 et 10 nucléotides) dans la direction 5’->3’

• la cassure restante est soudée par une enzyme appelée ADN ligase qui établit un lien covalent entre un 3’-OH et un 5’-phosphate adjacents