Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole 1 remplacement 2026
Thème : Évolution des génomes dans les populations et autres sources de diversité · Tiré du sujet Métropole France 1 remplacement (2026)
Énoncé
EXERCICE 2: Un mécanisme de résistance des plantes (8 POINTS)
Depuis les débuts de l'agriculture, l'être humain désherbe les champs, éliminant ainsi les espèces végétales susceptibles de gêner le développement des plantes cultivées. Un problème est posé par l'apparition de résistances aux herbicides chez les plantes que ces produits chimiques sont censés détruire.
Document: Amaranthe de Palmer
L'Amaranthe de Palmer ( Amaranthus palmeri) est une plante sauvage très répandue sur le continent américain: sa croissance rapide, son énorme capacité de reproduction et aussi sa résistance à plusieurs herbicides expliquent son caractère particulièrement envahissant. Or en 2021, on signale pour la première fois en Europe, à proximité du port de Tarragone en Espagne, la présence d'une population d'Amaranthe de Palmer ayant survécu à l'application de l'herbicide habituellement utilisé pour le désherbage des bords de route de cette région.
Source de l'image: https://fr.wikipedia.org
QUESTION:
Expliquer la survie de la population d'Amaranthe de Palmer découverte en Espagne malgré l'emploi de l'herbicide pour l'éliminer.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.
Document 1: comparaison de la croissance de deux populations d'Amaranthe de Palmer
On cultive en laboratoire des jeunes plants notés TA issus de la population d'Amaranthe de Palmer découverte près du port de Tarragone et des jeunes plants notés S provenant d'une population américaine d'Amaranthe de Palmer sensible à l'action de l'herbicide étudié. Lorsque les plantules ont atteint le stade 3 à 4 feuilles, on leur applique une dose unique de 540 g/ha de cet herbicide (dose minimale recommandée au champ). Les photographies ci-dessous sont représentatives des résultats obtenus sur cinquante plantes, 24 jours après l'application de l'herbicide. Dans chaque rangée, le pot C contient une plante témoin n'ayant subi aucun traitement chimique.
Document 2: rôle du gène epsps
Le gène epsps, présent chez toutes les espèces de plantes, code pour l'enzyme EPSP synthase (enzyme 5-énolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase). Cette enzyme est présente dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes et catalyse la réaction indiquée sur le schéma ci-après.
Document 3: étude du génome des deux populations d'Amaranthe
Toutes les plantes possèdent le gène epsps, mais certaines, telles que les plantes de populations américaines résistantes, ont une particularité génétique appelée « cassette EPSPS » qui augmente le nombre de gènes epsps dans leur génome. L'expression de ces multiples gènes entraîne la production d'une très grande quantité d'enzyme EPSP synthase par rapport aux autres plantes dépourvues de cette cassette. L'ADN est extrait de feuilles prélevées sur des plantes de la population d'Amaranthe de Palmer découverte près du port de Tarragone (TA) et de plantes provenant d'une population américaine d'Amaranthe de Palmer sensible à l'action de l'herbicide étudié (S). Puis l'ADN extrait est amplifié afin de mettre en évidence uniquement la séquence correspondant à la « cassette EPSPS ».
Légende:
M: marqueurs servant de référence pour la taille des molécules d'ADN amplifié, celle correspondant à la « cassette EPSPS » étant de 1757 pb (pour paires de bases)
R7 à R10: ADN des plantes de la population TA
S1 et S2: ADN des plantes de la population S
Document 4: activité de l'enzyme EPSP synthase en présence de l'herbicide
Document 4a: modèles de la structure chimique d'un des substrats de l'enzyme EPSP synthase, le phosphoénol-pyruvate (PEP) et de la molécule de l'herbicide étudié, ainsi que d'une enzyme EPSP synthase
Les études moléculaires réalisées n'ont pas mis en évidence de différence de structure entre l'enzyme produite par les plantes sensibles et celle produite par les plantes résistantes possédant la cassette EPSPS.
Document 4b: activité de l'enzyme en présence de l'herbicide
Le graphique ci-dessous présente l'activité de l'enzyme EPSP synthase (produite par un organisme servant de modèle d'étude) en présence de doses croissantes de l'herbicide.
Document 5: mesure de l'activité enzymatique de cellules foliaires en fonction du nombre de copies du gène epsps
Pulvérisé sur les plantes dont on souhaite se débarrasser, l'herbicide étudié pénètre dans les feuilles jusque dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes. On mesure la quantité de la molécule shikimate présente dans des morceaux de feuilles après traitement avec 250 µM de l'herbicide étudié. En l'absence d'herbicide, la concentration de la molécule shikimate dans les feuilles est faible (proche de zéro).
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer la survie de la population d'Amaranthe de Palmer découverte en Espagne malgré l'emploi de l'herbicide pour l'éliminer.
Réponse : ### Introduction L'Amaranthe de Palmer (*Amaranthus palmeri*) est une plante invasive d'origine américaine. En 2021, une population découverte près du port de Tarragone (Espagne) a survécu à l'herbicide habituellement utilisé. Problématique : comment expliquer la survie de cette population malgré l'herbicide ? ### 1. La population de Tarragone est résistante (Doc 1) - 24 jours après 540 g/ha d'herbicide, les plants S traités sont flétris, morts ou très chétifs, alors que le témoin C non traité est bien développé. - Les plants TA traités sont vivants, verts, avec des feuilles développées. Ils sont un peu plus petits que le témoin C, mais ils poursuivent leur croissance. - La population TA est donc résistante à l'herbicide, la population S y est sensible. ### 2. Le mode d'action de l'herbicide (Docs 2, 4a, 4b, 5) - Rôle de l'enzyme (Doc 2) : le gène *epsps* code l'EPSP synthase. Dans les chloroplastes, cette enzyme catalyse la réaction shikimate + PEP → EPSP. L'EPSP est le précurseur de molécules indispensables à la plante (hormones végétales, lignine…). - Structure de l'herbicide (Doc 4a) : sa structure ressemble à celle du PEP (groupement phosphate, groupement carboxyle, forme comparable). Il peut donc se fixer sur le site de fixation du PEP, qui n'est alors plus disponible pour le substrat : c'est une inhibition compétitive. - Effet sur l'activité (Doc 4b) : l'activité de l'enzyme diminue quand la concentration d'herbicide augmente. Elle est divisée par deux vers 1 à 2 µM et devient quasi nulle au-delà d'environ 50 à 100 µM. - Conséquence dans la plante (Doc 5) : chez les plantes sensibles (environ 1 copie du gène), le shikimate s'accumule (20 à 65 ng/µL) car il n'est plus transformé. La production d'EPSP et des molécules indispensables s'arrête, et la plante meurt. ### 3. Le mécanisme de résistance de la population TA (Docs 3, 4a, 5) - Pas d'enzyme modifiée (Doc 4a, texte) : l'enzyme des plantes résistantes a la même structure que celle des sensibles. La résistance ne vient donc pas d'une enzyme mutée insensible à l'herbicide. - Présence de la cassette (Doc 3) : les plantes TA (R7 à R10) présentent toutes une bande d'environ 1757 pb, située entre 1500 et 2000 pb. Elle correspond à la « cassette EPSPS » et est absente chez S1 et S2. Les plantes TA possèdent donc cette cassette, qui multiplie les copies du gène *epsps*. - Nombre de copies et shikimate (Doc 5) : - Les plantes à cassette ont de nombreuses copies du gène *epsps* (de 4 à plus de 160 copies, la plupart entre 40 et 160). - Malgré 250 µM d'herbicide, elles accumulent très peu de shikimate (environ 0 à 6 ng/µL). - Les gènes multiples, une fois exprimés, produisent une très grande quantité d'EPSP synthase. L'herbicide n'en inhibe qu'une partie, et les enzymes restées libres suffisent à transformer le shikimate en EPSP. ### Conclusion L'herbicide tue les plantes sensibles en inhibant de façon compétitive l'EPSP synthase, ce qui bloque la synthèse de molécules vitales. La population de Tarragone possède la cassette EPSPS : cette amplification du gène *epsps* provoque une surproduction d'enzyme normale. La quantité d'enzymes active reste alors suffisante malgré l'herbicide, et la plante survit. Cette particularité génétique, connue chez des populations américaines résistantes, a probablement été introduite en Europe avec des graines arrivées par le port. L'usage répété du même herbicide a ensuite sélectionné les individus résistants.
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