Mise au point

Le maïs, un bon support  pour la partie du programme sur la plante domestiquée

A - Idées générales

Le programme n’impose aucun exemple pour aborder l’étude de la domestication des plantes. Ce sont donc des idées générales qu’il faut dégager, plus ou moins valables pour toutes les plantes cultivées. On peut le faire en considérant plusieurs plantes ; on peut aussi cibler sur une plante particulière qui illustre nettement les caractéristiques de la domestication. Quand on regarde les ressources pour la classe  parues sur le site Eduscol, on constate qu’elles ont trait au maïs et plus succinctement à la carotte et à la tomate.

Le maïs apparaît comme un exemple pédagogique pour envisager les différents aspects de la domestication des plantes, depuis les débuts de sa culture il y a 10000 ans environ à partir de la plante sauvage appelée téosinte, jusqu’à la création récente de maïs transgéniques obtenus par les techniques du génie génétique.

Le maïs a un autre intérêt pédagogique qui est de faire le lien avec la première partie du programme sur le brassage génétique et la diversification des êtres vivants. En particulier, il peut servir de support pour l’alinéa du programme : «  s’agissant des gènes impliqués dans le développement, des formes vivantes très différentes peuvent résulter de variations dans la chronologie et l’intensité d’expression de gènes communs » (le programme ajoute « plus que d’une différence génétique, mais c’est une erreur si on n’ajoute pas «  plus que d’une différence génétique dans les séquences codantes des gènes »). Il n’y a, en effet,  aucune raison de restreindre cette notion au règne animal.

B - Le maïs, plante modèle pour l’étude de la domestication et de la création de nouvelles variétés

1 -   Les différences entre la plante sauvage et la plante cultivée illustrent bien ce qu’on appelle le syndrome de domestication

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.

Le téosinte et le maïs actuel sont des plantes très différentest conformément au programme, leur comparaison permet de  bien mettre en évidence les caractéristiques de l’évolution des plantes sous l’action de l’homme. Dans les ressources pour la classe de TS, on trouve une analyse très précise des caractères de ces plantes. Par rapport au téosinte, le maïs a perdu certains caractères, comme l’égrenage spontané des grains, la coque qui entoure chaque grain... caractères qui jouent un rôle important dans la dissémination de la plante sauvage. En conséquence, sans intervention humaine, le maïs ne pourrait persister. En revanche, ces caractères dérivés du maïs sont très utiles pour son exploitation par l’homme ainsi que d’autres caractères comme le nombre de grains présents dans chaque épi et la grosseur de ces grains. Bref, le maïs illustre de façon la plus nette ce qu’on appelle le syndrome de la domestication.

2 – les données archéologiques et les premiers effets de la sélection massale

 Les populations de téosinte présentaient de nombreux variants. La sélection massale pratiquée par les premiers agriculteurs a consisté à choisir les plantes les plus intéressantes dans une population et à utiliser leurs graines comme semences pour la génération suivante. Les données archéologiques indiquent qu’après quelques millénaires de domestication, les caractères du syndrome de domestication étaient présents chez les maïs cultivés (absence d’égrenage, disparition de la coque entourant chaque grain chez le téosinte, augmentation du nombre de rangées de grains) ; Un autre caractère tôt sélectionné a été la transformation de la morphologie de la plante : le téosinte a une tige très ramifiée alors que chez le maïs, il y a une tige centrale  avec deux ou trois ramifications courtes terminées par une inflorescence femelle. Cet exemple du maïs permet d’opposer la sélection artificielle à la sélection naturelle étant donné que les phénotypes retenus par la sélection artificielle auraient été éliminés par la sélection naturelle. Bien entendu, les agriculteurs de l’époque ignoraient tout des bases génétiques des phénotypes qu’ils sélectionnaient.

La culture du maïs s’est répandue, à partir de son centre d’origine mexicain, en Amérique du nord et en Amérique du sud. L’introduction du maïs en Europe date des expéditions de Christophe Colomb et de Jacques Cartier (fin du 15^ème - début du 16^èmesiècle). Durant toute la période qui va jusqu’au début du 20^èmesiècle, les agriculteurs ont pratiqué la sélection massale en privilégiant les plants aux épis possédant des grains nombreux et gros ainsi qu’en sélectionnant des caractères adaptés aux conditions d’environnement de la culture. On a aboutit ainsi à des "variétés populations" différentes d’une région à  l’autre en fonction des caractères sélectionnés. Etant donné que les maïs sont des plantes allogames, ces variétés étaient relativement homogènes pour les caractères sélectionnés, mais ce n’étaient pas des lignées pures. En somme, les premiers millénaires avaient diminué la biodiversité présente chez les téosintes, du moins pour les phénotypes de la domestication, tandis qu’avec la diffusion de la culture du maïs dans le monde, des siècles de sélection massale ont augmenté la diversité en créant des variétés plus ou moins homogènes en fonction de l’environnement.

3 - Les hybrides de maïs et la vigueur hybride

Les connaissances sur la reproduction sexuée des plantes débouchent sur la pratique de l’hybridation comme technique permettant de créer de nouvelles variétés. Chez les plantes autogames, comme le blé, l’introduction de l’hybridation et de la sélection généalogique permet d’obtenir de nouvelles variétés qui sont des lignées pures dès la fin du 19^èmesiècle, même avant la redécouverte des lois de Mendel. Chez le maïs, plante allogame, ces techniques ne sont pas performantes car les lignées pures sont peu productives (effet dépressif de la consanguinité). Durant la première moitié du 20^èmesiècle se développe la création de variétés hybrides F1, aux USA, technique qui se répand en France à partir des années 1950. Actuellement, les maïs cultivés sont dans leur grande majorité des hybrides.

L’obtention des hybrides F1 repose sur les  principes  suivants :

- Création de lignées pures qui servent de parents aux futurs hybrides par autofécondations successives, pour fixer les caractères d’intérêt (au départ, on sélectionne des plantes des "variétés populations" ayant des caractères intéressants) ; à cause de la consanguinité, les individus de ces lignées pures sont peu vigoureux.

- Croisement entre lignées pures aux propriétés complémentaires de façon à obtenir des hybrides F1, puis sélection des hybrides F1 les plus intéressants parmi ceux obtenus.

Les hybrides F1 bénéficient de ce qu’on appelle la vigueur hybride : croissance plus importante, épis plus gros à grains plus nombreux tout en combinant les caractères recherchés des deux lignées (du moins les caractères dominants). Le sélectionneur recherche parmi les lignées parentales celles qui donnent les meilleurs hybrides lorsqu’elles sont croisées. Les hybrides F1 ont le même génotype et constituent donc une variété homogène.

C - L'intérêt pédagogique

D'un point de vue pédagogique, la compréhension de la création de variétés hybrides de maïs implique celles des techniques d’autofécondation et d’hybridation chez cette plante. Cela amène à réinvestir les connaissances acquises sur la reproduction sexuée des plantes dans la première partie du programme. On peut aussi amener les élèves à réfléchir sur les conséquences de ces techniques pour l’agriculteur. Avec la sélection massale, l’agriculteur prélevait sur sa récolte les semences pour la récolte suivante. Avec les variétés hybrides, cela n’est plus possible. En effet, de par le brassage génétique, les plantes F2 issues du croisement entre hybrides F1 ne forment pas une population homogène. L’agriculteur est obligé d’acheter des semences d’hybrides F1 chez le semencier afin d’avoir une population homogène répondant à ses souhaits. Il y a donc une dissociation entre le métier d’agriculteur et celui de semencier chargé de renouveler la production de semences hybrides à partir des lignées pures parentales qu’il doit entretenir.

3-      Et bien sûr, le maïs est l’exemple emblématique pour réfléchir  aux problèmes de création de nouvelles variétés par transgénèse (Voir les ressources pour la classe).