Le génie génétique

Introduction

Le génie génétique est un ensemble de techniques permettant de modifier l’information génétique (ADN) d’un organisme en supprimant, en introduisant ou en remplaçant de l’ADN.

• Quelles sont les techniques utilisées dans la modification des êtres vivants.

I – La transgenèse naturelle par la bactérie At

La galle du collet est une maladie qui affecte les plante. Elle se manifeste par la formation des tumeurs au niveau des racines et du collet, à cause de la multiplication désordonnée des cellules.

1 – La cause de la galle du collet

Pour connaître lacause de la prolifération désordonnée des cellules, on propose l’étude des résultats expérimentaux suivants :

Expérience 1 : l’analyse de la tumeur de la galle à révéler la présence d’une bactérie nommée Agrobacterium tumefaciens. La plantation de plantes saines avec ces bactéries provoque chez ces plantes la formation de la galle du collet.

Expérience 2 : Si on cultive de cellules végétales isolées de la tumeur (sans bactérie At), on observe la multiplication désordonnée de ces cellules.

Expérience 3 :La figure suivante présente les résultats de l’exposition de la bactérie (At) à une température élevée (37C).

Q – En vous basant sur l’analyse de ces résultats, déterminez la cause de la galle du collet.

R –Expérience 1 : cette expérience montre que c’est la bactérie At qui est responsable de la galle du collet.

Expérience 2 : on constate que les cellules végétales se multiplient d’une façon désordonnée même en absence de la bactérie At. Donc elles ont acquis un nouveau caractère (la multiplication désordonnée) à cause de leur contact avec la bactérie At.

Expérience 3 : on constate que la bactérie At perd son plasmide Ti lorsqu’elle est exposée à une température élevée (37C), et cette bactérie (sans plasmide) ne provoque pas la formation de la galle du collet chez les plantes saines.

Donc c’est le plasmide Ti qui responsable de la formation de la galle du collet chez les plantes.

2 – Mécanisme de la formation de la galle du collet

La figure suivante présente la structure du plasmide Ti (le plasmide de la bactérie At).

La figure suivante présente un schéma qui illustre le mécanisme de formation de la galle du collet.

Q – À l’aide de ces figures, expliquez le mécanisme de la formation de la galle du collet. R – La formation de la galle du collet se fait selon les étapes suivantes :

• La bactérie At injecte dans la cellule végétale le fragment d’ADN T.

• L’ADN T s’introduit dans le génome de la cellule végétale, ce qui provoque sa modification génétique.

• L’expression des gènes transférés par l’ADN T, tel que :

• L’expression de l’OPS : conduit à la synthèse des opines utilisés par la bactérie.

• l’expression de l’ONC : conduit à la multiplication désordonnée des cellules végétales, et ainsi la formation de la galle du collet.

II – Étapes de la transgenèse

1 – Isolement du gène à transférer

La première étape de la transgenèse (transfert de gènes) est l’isolement du gène à transférer, la figure suivante présente deux techniques qui permettent l’isolement du gène :

Q – Décrivez ces deux méthodes.

R – Transcription inverse : ou rétrotranscription permet d’obtenir de l’ADN à partir d’ARN. Premièrement l’ARN est inversement transcrit en un seul brin d’ADN par la transcriptase inverse, puis le brin complémentaire est synthétisé par l’ADN polymérase.

Restriction de l’ADN :l’ADN qui contient le gène à transférer est coupé en plusieurs fragments par une enzyme de restriction, puis on isole le fragment à transférer.

2 – Intégration du gène dans un vecteur (plasmide)

La figure suivante représente les étapes d’incorporation du gène d’intérêt dans le plasmide.

Q – Décrivez les étapes d’intégration du gène dans le plasmide.

R – Pour incorporer le gène dans le plasmide on réalise les manipulations suivantes :

• Extraction et coupage du plasmide par un enzyme de restriction.

• Isolement du gène d’intérêt.

• Mettre le plasmide avec le gène dans une solution contenant des enzymes de liaison (ADN ligases). Ces dernières vont lier le gène avec le plasmide pour obtenir un plasmide recombiné.

3 – Introduction du plasmide recombiné dans la bactérie.

Ceci est réalisé par la mise de la bactérie dans une solution qui contient le plasmide recombiné, et dans des conditions optimales.

Mais, pour être sûr que la bactérie a introduit le plasmide recombiné, il faut les isoler. La figure suivante présente comment se fait l’isolement des bactéries recombinées grâce aux antibiotiques.

Q –Déterminez la (ou les) colonie (s) qui a (ont) introduit le plasmide recombiné.

R – L’intégration du gène dans le plasmide se fait à la place du gène responsable de la résistance à l’antibiotique A. Après mettre les bactéries dans une solution avec les plasmides. On les cultive dans des milieux différents :

• Milieu sans antibiotique.

• Milieu contenant L’antibiotique A.

• Milieu contenant L’antibiotique B.

La bactérie qui a introduit le plasmide est la bactérie qui croit dans le milieu qui contient l’antibiotique B, et ne croit pas dans le milieu qui contient l’antibiotique A.

4 – Expression du gène d’intérêt

Si la bactérie transgénique est utilisée pour l’expression du gène (production d’hormones humains) elle est mise dans des bioréacteurs dans des conditions optimales pour sa croissance et l’expression du gène.

Si la bactérie va être utilisée pour la modification génétique d’une cellule (cellue végétale)’ elle est mise en contact avec cette cellule pour la modifier.

III – Les applications du génie génétique

1 – Dans le domaine agricole

Le génie génétique est largement utilisé dans le domaine agricole, il permet : une sélection plus rapide et précise, un meilleur rendement des cultures, la mise au point d’aliments plus nutritifs et une diminution du recours aux herbicides et pesticides.

La figure suivante présente les étapes de la modification d’une plante pour la rendre résistante à la pyrale.

Q – complétez la figure.

R – Les étapes de la figure :

1 : Extraction du plasmide Ti.

2 : Coupure du plasmide, et élimination de l’ADN T.

3 : Isolement du gène responsable de la résistance à la pyrale.

4 : Intégration du gène dans le plasmide Ti.

5 : Introduction du plasmide dans la bactérie At.

6 : Isolement de cellules végétales.

7 : mettre les cellules végétales en contact avec les bactéries transgéniques. Les bactéries vont passer le gène de la résistance aux cellules végétales.

8 – 9 – 10 : Culture des cellules végétales, qui vont croître pour donner des plantes génétiquement modifiées.

2 – Dans le domaine sanitaire

Le génie génétique est utilisé dans le domaine sanitaire pour la production des hormones, vaccins…

La figure suivante présente les étapes de la modification de la bactérie E.coli pour lui rendre capable de produire l’insuline.

Q – complétez la figure.

R – Les étapes de la figure :

1 : Plasmide.

2 : Coupure du plasmide.

3 : Extraction du gène responsable de la production de l’insuline.

4 : Intégration du gène dans le plasmide.

5 : Introduction de plasmide dans la bactérie.

6 : Culture de la bactérie transgénique dans des conditions optimales pour sa multiplication et la production de l’insuline.

Finalement : Extraction de l’insuline du milieu.

Série 3: Exercices: Les facteurs édaphiques et leur influence sur les étres vivants

Exercices:

Exercice 1 :

Dans une pépinière, un jardinier a remarquéle flétrissement d’un premier groupe et la croissance d’un deuxième groupe de plantes ornementales. Ces deux groupes sont plantés dans deux sols différents (S1 pour le groupe 1 et S2 pour le groupe 2).

L’étude microscopique des deux sols a révélée qu’ils ont deux structures différentes, la figure suivante montre un schéma des résultats de cette étude.

Q-1 – Comparer entre les deux sols, et déterminer la structure de chaque sol.

L’étude de la perméabilité de S1 et S2 a donnée des résultats représente par le schéma de la figure suivante.

Q-2 – En se basant sur l’analyse des résultats de l’étude de la perméabilité, expliquer la différence de la croissance des plantes dans les sol S1 et S2.

Exercice 2 :

A –La fertilité du sol dépend de l’activité des micro-organismes, qui jouent un rôle très important dans la formation de l’humus, et dans la transformation de la matière organique en sels minéraux.

Q-1 – Citer une expérience qui permet la révélation des micro-organismes du sol.

Q-2 – Définir l’humus.

Q-3 – Déterminer la source et la destinée des sels minéraux dans le sol.

B – Pour mettre en évidence le rôle du sol dans la répartition des plantes, deux études ont été réalisées dans deux régions différentes.

I – La figure suivantemontre la répartition horizontale des plantes dans une région 1.

Q-4 – Décrire la répartition du chêne liège dans cette région, et proposer une explication pour son absence dans la station 2.

II – la figure suivante :

• (1) présente la répartition du chêne liège dans une région 2.

• (2) montre la coupe géologique selon la ligne X-Y dans la région 2.

Q-5 –Décrire la répartition du chêne liège dans la region2.

Pour expliquer cette répartition,des plantations de jeunes plates d’arbres de chêne liège ont été effectuées, dans des endroits qui varient selon l’épaisseur de l’horizon sableux. Le tableau suivant montre les résultats obtenus.

Épaisseur de l’horizon sableux (cm)	Résultats
0 – 50	Échec de la plantation
50 – 200	Réussite de la plantation
> 200	Échec de la plantation

Q-6 –Expliquer la répartition du chêne liège observée dans la figure 2.

Q-7 – Proposer une explication de l’absence du chêne liège dans la région 4 de la figure 1.

Q-8 – Citer les conditions favorables, mises en évidence par ces études, pour la croissance du chêne liège.

Exercice 3 :

La figure suivante montre la variation de la capacité de rétention d’eau selon la texture du sol.

Q-1 – Définir la capacité de rétention d’eau.

Q-2 – Décrire la variation de la capacité de rétention d’eau selon la texture du sol.

Q-3 – Comment l’humus influence-t-il la capacité de rétention d’eau des sols ?

La figure suivante montre le taux de lessivage des ions selon le pH du sol.

Q-4 – Quel est l’influence du pH sur le lessivage des ions du sol ?

Le complexe argilo-humique joue un rôle très important dans la fixation des sels minéraux dans le sol, la figure suivante montre deux schémas explicatifs de la fixation des ions par ce complexe dans deux sols différents.

Q-5 – Comment l’acidité du sol influence-t-elle la fertilité du sol ?

Les agricultures ajoutent aux sols acides de la chaux pour diminuer son acidité.

Sachant que :

• la chaux s’hydrolyse selon la réaction suivante : CaO + H₂O → Ca(OH) 2 → Ca2+ + 2OH-.

• Et que les ions H3O+ se lient au ion OH- pour former de l’eau.

Q-6 –Expliquer comment cette opération améliore-t-elle la fertilité du sol.

Correction :

Exercice 1 :

R-1 – On remarque que le sol (S1) est constitué par des grains de sable libres non attachés entre eux, alors que le sol (S2) est constitué par des agrégats qui sont formé par des grains attachés entre eux par le complexe argilo-humique.

Le sol (S1) a une structure particulaire, alors que le sol (S2) a une structure granulaire.

R-2 – On remarque que la perméabilité du sol S1 est plus grande que la perméabilité du sol S2, donc la capacité de rétention d’eau du sol S1 alors que le sol S2 a une grande capacité de rétention d’eau.

Ainsi, les plantes cultivées dans le sol S1 ne trouvent pas assez d’eau et flétrissent. Par contre, les plantes cultivées dans le sol S2, trouvent dans ce sol assez d’eau et croissent bien.

Exercice 2 :

R-1 – Pour mètre en évidence la présence des micro-organismes dans le sol on propose l’expérience suivante :

Expérience :

• On met de l’eau de chaux dans deux flacons marqués A et B.

• Dans le flacon A, on met un petit sac qui contient une quantité de terre fraîche.

• Dans le flacon B, on met un petit sac qui contient une quantité de terre chauffée à 100 C pendant 15 min.

Résultats :Après 6 h :

• L’eau de chaux dans le flacon A devient laiteuse du fait de la libération d’oxyde de carbone lors de la respiration par les organismes vivants.

• L’eau de chaux dans le flacon B reste claire. C’est parce que les organismes vivants dans le sol ont été tués par le chauffage et ainsi la respiration n’a pas lieu.

Conclusion : Le sol contient des organismes vivants.

R-2 – L’humus est formé par de la matière organique synthétisée à partir de la dégradation de la litière, sous l’effet de micro-organismes de sol (décomposeurs).

R-3 – La source des sels minéraux dans le sol est la dégradation de la matière organique par les micro-organismes du sol (minéralisation), ces sels minéraux peuvent être absorbés par les racines des plantes ou lessivés par l’eau qui s’infiltre vers les horizons inférieurs du sol.

R-4 – On remarque que le chêne liège :

• se trouve dans les stations :

• 1 : sol sableux.

• 2 et 3 : sol schisteux.

• est absent dans les stations :

• 3 : sol calcaire.

• 4 : sol schisteux (présence d’une vallée).

Peut-être que l’absence du chêne liège dans la station 3 est due au sol calcaire, car le chêne liège est une plante calcifuge.

R-5 – On remarque que le chêne liège se trouve dans la région B qui se caractérise par un sol sableux de profondeur comprise entre 0,5 m et 2 m, et il est absent dans les régions A (sol sableux de profondeur supérieurs à 2 m) et B (sol sableux inférieur à 0.5m).

R-6 – On constate dans les résultats expérimentaux du tableau que les plantules de chêne liège ne poussent pas lorsqu’elles sont mises dans un sol qui a une profondeur supérieure à 2 m ou lorsque la profondeur est inférieure à 0.5m. Donc l’absence du chêne liège dans les régions (A) et (C) est due à la profondeur du sol sableux.

R-7 – L’absence du chêne liège dans la zone 4 de la région 1 peut-être expliquer par l’asphyxie des plantules à cause de l’accumulation d’eau dans cette région (une vallée).

R-8 – Les conditions favorables de la croissance du chêne liège sont la présence d’un sol siliceux

• schisteux bien drainé (absence de vallée).

• sableux de profondeur comprise entre 0.5m et 2 m.

Exercice 3 :

R-1 – La capacité de rétention d’eau est le volume d’eau retenu par le sol après infiltration de l’eau de gravité.

R-2 – La capacité de rétention d’eau augmente avec la diminution de la texture de sol.

R-3 – L’humus augmente la capacité de rétention d’eau par les sol.

R-4 –Le lessivage des sels minéraux du sol augmente avec la diminution du pH du sol.

R-5 – On constate que la concentration de H2O+ augmente lorsque le pH du sol diminue, ces ions se lient au complexe argilo-humique au détriment des sels minéraux (Mg2+, K+…), donc ces sels minéraux vont être lessivés ce qui diminue la fertilité du sol.

Par contre à pH neutre (7) les sels minéraux sont attachés au complexe argilo-humique ce qui augmente la fertilité du sol.

R-6 – L’ajout de la chaux au sol conduit à la fixation des ions H3O+ selon la réaction suivante H3O+ + OH- → 2H2O. Ceci conduit à la diminution de l’augmentation du pH du sol et ainsi l’augmentation des sels minéraux qui se fixent au complexe argilo-humique.