Comprendre l'élaboration du bois pour produire du papier en respectant l'environnement

Sélectionner des pommiers résistants aux maladies pour diminuer l'usage des pesticides

Le melon résiste au puceron : à la recherche du gène responsable

Comprendre l'élaboration du bois pour produire du papier en
respectant l’environnement

Le peuplier est une espèce utilisée pour la production de pâte à papier.
Fabriquer du papier consiste essentiellement à éliminer la lignine, substance présente dans le bois qui entraîne un jaunissement du papier. Les traitements utilisés, chimiques et thermiques, peuvent être coûteux et polluants. Les chercheurs de l'INRA, en association avec des chercheurs d'autres laboratoires dans le cadre de projets Européens, ont mis au point des peupliers génétiquement modifiés produisant moins de lignine. Ce résultat est le produit de nombreuses années de recherches fondamentales sur les mécanismes de formation du bois dans la plante. Au cours de cette période, les méthodes de la biologie ont connu une véritable révolution, depuis les approches désormais classiques de la biochimie jusqu'aux moyens les plus modernes de la
génomique.


De la biochimie au génie génétique

Grâce aux moyens du génie génétique, les chercheurs ont inactivé des gènes impliqués dans la synthèse de la lignine chez le peuplier, pour mieux en comprendre les fonctions. Ces gènes avaient été identifiés à partir des années 1980, grâce à la purification des enzymes dont ils gouvernent la synthèse. Ainsi, l'enzyme CAD (alcool cinnamylique deshydrogénase) est impliquée dans la production des constituants élémentaires de la lignine. L'inactivation du gène de l’enzyme CAD entraîne une diminution de la teneur du bois en lignine, mais aussi, de façon plus surprenante, un changement de structure. Les lignines produites sont composées de chaînes plus courtes et s'éliminent plus facilement dans le processus de fabrication du papier. On conçoit donc l'intérêt de peupliers sous-exprimant la CAD pour cette production.


Le test grandeur nature

Encore fallait-il s'assurer que ces résultats, obtenus sur des peupliers de six mois cultivés sous serre, se vérifiaient sur des arbres produits en conditions de sylviculture classique. Des peupliers transgéniques sous-exprimant diverses enzymes, dont la CAD, sont cultivés en champ expérimental (avec l'autorisation préalable de la Commission du Génie Biomoléculaire). Après quatre ans de culture, les chercheurs ont pu vérifier que, au moins pour une lignée transformée, la croissance était normale, que la sous-expression des enzymes était durable dans le temps, et que les peupliers sous-exprimant l’enzyme CAD donnaient une pâte à papier plus facile à traiter que les peupliers non transformés.


La biosécurité avant tout

Les expérimentations menées en champ expérimental sont effectuées en respectant des conditions très strictes afin d’éliminer tout risque pour l'environnement, notamment les éventuels impacts sur les peuplements naturels.


D’Arabidopsis au peuplier : l’apport de la génomique

La méthode d’inactivation des gènes a montré que la voie de biosynthèse des lignines était plus complexe que ne le laissaient prévoir les approches biochimiques. Les chercheurs travaillent aujourd'hui à l'identification d'autres gènes, en utilisant cette fois les méthodes les plus modernes de la génomique : ils ont en effet observé qu’Arabidopsis, la plante modèle de la biologie végétale, produisait le même type de lignine que le peuplier. Ce détour par Arabidopsis permettra d'identifier beaucoup plus facilement les gènes correspondant chez le peuplier.

Contacts scientifiques :
Lise Jouanin, Laboratoire de biologie cellulaire, centre INRA de Versailles-Grignon
Catherine Lapierre, Laboratoire de chimie biologique, centre de Versailles-Grignon
Daniel Cornu, Gilles Pilate et Jean Charles Leplé, Unité Amélioration, génétique et
physiologie forestières, Centre INRA d’Orléans

Presse Info - janvier 2001

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Sélectionner des pommiers résistants aux maladies
pour diminuer l’usage des pesticides

La lutte chimique contre les champignons parasites du pommier peut conduire à effectuer une trentaine de traitements par an. L’INRA coordonne un programme de recherche européen, D.A.R.E 1, qui vise à obtenir des variétés de pommiers résistantes à la tavelure et à l’oidium, les deux principaux champignons attaquant le pommier. Ce projet, lancé en 1998, a déjà permis d’identifier de nouveaux gènes de résistance et de les localiser sur le génome du pommier. Il sera ainsi possible de créer de nouvelles variétés pour substituer les variétés actuelles, trop sensibles aux champignons parasites. Ceux-ci présentent par ailleurs plusieurs races susceptibles d'évoluer. Les chercheurs disposent désormais d’une méthode issue des progrès de la génomique, la sélection assistée par marqueurs. Elle permet de repérer, beaucoup plus facilement que par les moyens classiques, les descendants d’un croisement qui portent les meilleures combinaisons de gènes de résistance.

Les chercheurs de l’INRA ont testé la résistance à la tavelure de pommiers issus du
croisement entre deux variétés, Prima et Fiesta. Ils ont ainsi identifié une nouvelle
résistance basée sur un gène unique, dénommé Vg, et ont localisé ce gène sur la carte
du génome du pommier. Ce gène ne confère la résistance totale qu'à une seule race du
champignon. En utilisant une démarche similaire, les chercheurs ont également identifié et localisé plusieurs régions du génome impliquées dans une résistance partielle, sous le contrôle de plusieurs gènes.

La résistance basée sur un seul gène (monogénique) est facile à introduire par
croisement mais présente l’inconvénient d’être facilement contournée par de nouvelles
races du parasite. Ainsi, le gène Vf de résistance à la tavelure, largement présent dans
les variétés récemment introduites, est actuellement mis en défaut par de nouvelles
souches présentes dans plusieurs pays européens. D’où l’intérêt d’associer, dans une
même variété, des résistances monogéniques et des résistances basées sur plusieurs
gènes (polygéniques). La combinaison de différentes résistances pourrait donner des
résistances durables face à l'évolution potentielle des champignons.

Sélectionner une variété de pommier cumulant plusieurs modes de résistance (et pour
plusieurs parasites) est très complexe : il est ainsi difficile de repérer parmi les
descendants d’un croisement les meilleurs combinaisons de gènes, car les gènes de
résistance totale masquent généralement la présence de gènes de résistance partielle.
De plus, l’expérimentation de nombreuses souches de champignons sur de nombreux
descendants d’un croisement est très lourde. D’où l’intérêt des marqueurs moléculaires
du génome : il s’agit de point de repères, répartis régulièrement sur l’ensemble du
génome, qui permettent de vérifier, par un simple test sur l’ADN, la présence dans une
plante de gènes que l’on cherche à sélectionner.

Etudier les bases génétiques de la résistance et développer de nouvelles méthodes de
sélection ne suffit pas à mettre au point de nouvelles variétés : il faut également étudier
la diversité des souches des champignons pathogènes et identifier des ressources
génétiques (variétés traditionnelles et modernes, espèces sauvages apparentées)
pouvant constituer de nouvelles sources de résistance. Il faut également étudier l’intérêt
que les consommateurs portent à des aliments minimisant l’usage de pesticides. Tous
ces volets sont abordés dans ce projet européen, qui réunit les chercheurs de huit pays
et un groupement de pépiniéristes.

(1) D.A.R.E : Durable Apple Resistance in Europe

Contact scientifique :
Yves Lespinasse, Unité d'Amélioration des Espèces Fruitières et Ornementales, INRA
Angers

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Le melon résiste au puceron : à la recherche du gène
responsable

Le gène Vat, qui confère au melon une résistance aux attaques de pucerons, est sur le point d’être isolé par une équipe de l’INRA1. L’existence de ce gène a été mise en évidence au début des années 80 à l’INRA chez une variété de melon d’origine coréenne. Il a depuis été introduit, grâce à des croisements classiques, dans près de 80% des variétés de melon cultivées actuellement en France. L’isolement du gène permet d’envisager de le transférer, par transgénèse, à d’autres espèces que le melon. Connaître la fonction de ce gène à l’échelle moléculaire doit permettre de comprendre les mécanismes de la résistance au puceron, ce qui pourrait déboucher sur la mise au point de nouvelles stratégies de lutte.

Percer le mystère des relations plante-puceron

Le mécanisme moléculaire par lequel ce gène confère une résistance au puceron demeure inconnu. Les chercheurs ont seulement pu caractériser cette résistance : elle est spécifique à l’espèce de puceron Aphis gossypii, qui est la principale espèce de puceron identifiée sur le melon. Son mode d’action est double : elle empêche que les colonies de pucerons s’installent sur les organes de la plante et elle rend impossible la transmission par le puceron des virus dont il est habituellement le vecteur2. Isoler le gène doit permettre de comprendre les bases moléculaires de ce double mécanisme, ce qui pourrait permettre la mise au point de nouvelles méthodes de lutte contre les pucerons, comme par exemple des bio-insecticides. On peut également envisager de transférer le gène, par transgénèse, à d’autres espèces de plantes sensibles à ce puceron, comme par exemple le cotonnier.

Encadrer le gène pour l’isoler

Pour pouvoir isoler un gène au sein d’un génome qui en contient plusieurs milliers, la stratégie utilisée consiste à délimiter de façon aussi précise que possible la portion du génome dans laquelle on va rechercher ce gène. On commence donc par baliser le génome de la plante avec de nombreux points de repère (les marqueurs moléculaires du génome), régulièrement répartis. Il faut ensuite identifier les marqueurs qui encadrent au plus près le gène. Pour cela, on effectue des croisements entre plantes résistantes et non résistantes : les marqueurs les plus proches du gène sont ceux qui sont toujours présents chez les plantes résistantes. Parallèlement, les chercheurs ont constitué une collection de fragments d’ADN de grande taille issus d’une plante résistante, donc porteuse du gène. Ils ont ensuite recherché (et isolé), au sein de cette collection, un fragment portant les marqueurs qui flanquent le gène, et qui contient donc le gène. Il s’agit maintenant, par approximations successives, d’isoler un petit fragment d’ADN qui contienne les deux marqueurs. Le gène recherché peut alors être localisé en analysant la séquence d’ADN ou en utilisant la transgénèse : si un fragment d’ADN, introduit dans une plante sensible, la rend résistante, c’est qu’il est porteur du gène recherché.

(1) Ce travail dit de “ clonage positionnel ” du gène Vat est mené dans le cadre du Groupement d’Inétrêt Scientifique Génoplante.
(2) d’où la dénomination Vat : Virus Aphid Transmission resistance

Contacts scientifiques :
Michel Pitrat, Unité de Génétique et amélioration des fruits et légumes, Centre de recherche d’Avignon
Abdelhafid Bendahmane, Unité de Génomique végétale, Centre de recherche de
Versailles-Grignon

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Mise en ligne : Avril 2001