OGM et Environnement

Des bactéries transgéniques dans le sol pour améliorer les conditions de culture : quel contrôle ?

Le sol est un milieu vivant dans lequel les micro-organismes remplissent des fonctions essentielles telles que protéger les cultures, favoriser leur développement, leur croissance, dégrader les pesticides... Il est possible par transgénèse d'améliorer leurs aptitudes. Encore faut-il s'assurer que leur dissémination dans le sol ne comporte pas de risque pour l'environnement.

Noëlle Amarger
Microbiologie des Sols, INRA-CMSE Dijon

Les bactéries et champignons qui constituent la microflore des sols, et qui ont de multiples fonctions essentielles à la vie, sont extrêmement variés et encore loin d'être tous connus. Leur nombre et leur nature varient selon les sols et, pour un même sol, selon la profondeur, les facteurs de l'environnement, le cycle cultural. On estime que le nombre de bactéries contenues dans un gramme de sol de surface est compris entre cent millions et un milliard et que mille à dix mille espèces différentes pourraient y être représentées. Il semblerait que moins de 10 % de cette diversité ait été explorée à ce jour. Cette grande diversité, tant génétique que fonctionnelle, est le résultat d'une longue évolution au cours de laquelle des séries de mutations, échanges de gènes et sélections successives ont eu lieu et continuent d'avoir lieu. Elles permettent aux micro-organismes d'avoir accès à des substrats de plus en plus divers, de pouvoir s'adapter à de nouvelles niches et les coloniser.

Les micro-organismes isolés du sol ont de grandes potentialités comme promoteurs de la croissance des plantes, agents de protection contre les parasites ou le gel, ou agents de dépollution. Ils permettent d'envisager des alternatives à certaines pratiques agricoles que ce soit pour protéger les cultures, favoriser leur développement, gérer la dégradation des pesticides... Dans un premier temps, c'est à la sélection de micro-organismes naturels présentant ces aptitudes qu'il est fait appel. Mais les progrès réalisés dans la modification des bactéries et, à un degré moindre, dans celle des champignons permettent d'envisager la construction d'organismes modifiés afin d'améliorer leur efficacité.

Des connaissances à développer en écologie microbienne

 Pour être actifs dans le milieu naturel, les micro-organismes sélectionnés ou construits devront pouvoir s'y implanter et y survivre au moins le temps qui sera nécessaire à l'expression de la fonction pour laquelle ils ont été choisis. L'idéal serait qu'ils n'y persistent pas au-delà de ce temps afin de minimiser les risques de modifications durables de l'écosystème. Les informations sur les mécanismes et les conditions qui vont permettre à un micro-organisme d'être introduit avec succès dans un sol en place, de s'y maintenir et d'y assurer sa fonction font défaut. Il n'est donc pas possible en l'état actuel des connaissances de raisonner l'introduction d'un nouvel organisme, qu'il soit naturel ou modifié, ni de prévoir son devenir et celui de son patrimoine génétique au niveau du champ.

C'est pourquoi se développent des recherches d'écologie microbienne qui visent à mieux connaître le comportement des micro-organismes dans le milieu naturel, à définir les conditions d'implantation, de développement, de survie de micro-organismes introduits artificiellement dans les sols et à apprécier les possibilités d'échanges génétiques entre organismes introduits et flore indigène.

Une dissémination de micro-organismes est suivie dans la plupart des cas de leur mortalité dans des proportions importantes. Les micro-organismes apportés, ayant été multipliés en conditions optimales de croissance, sont mal adaptés aux conditions qu'ils vont rencontrer dans les sols, et seule une fraction d'entre eux résistera aux stress subis lors de leur dispersion dans les sols. L'importance de cette fraction varie avec la nature des micro-organismes, leur état physiologique, le mode et les conditions d'inoculation, la nature des sols. Ainsi les méthodes traditionnelles d'inoculation de légumineuses par enrobage des semences permettent en conditions optimales d'apporter dans les sols environ 10% des bactéries initialement présentes dans l'inoculum. Ce nombre est souvent divisé par dix ou cent dans les conditions habituelles d'inoculation. Les micro-organismes ayant résisté à l'opération de dispersion vont alors entrer en compétition pour leur survie et leur développement avec la microflore déjà présente dans les sols. Leur succès sera essentiellement fonction de leur capacité à occuper une niche spécifique. La plupart des micro-organismes du sol ont développé des formes de résistance qui leur permettent de survivre pendant de longues périodes sans se multiplier en attendant que les conditions environnementales et plus spécialement la disponibilité en carbone assimilable leur deviennent favorables. Par exemple, des populations de Rhizobium dont le niveau est de l'ordre de 1000 et à 10000 bactéries par gramme de sol en l'absence de la légumineuse spécifique pourront être multipliées par cent ou mille lorsque la légumineuse spécifique est cultivée et retourneront à leur valeur initiale d'équilibre après la récolte.

Une faible dispersion

Les micro-organismes du sol présentent en général une faible mobilité. Leur dispersion à partir du point d'introduction se fera dans le sens vertical essentiellement en fonction de la profondeur d'enracinement des plantes cultivées, et dans le sens horizontal, la dispersion sera liée aux transports mécaniques lors du travail du sol. Cela n'exclut pas qu'un nombre limité de cellules soient dispersées par le vent ou par la faune sur de longues distances.

Les données disponibles, ne concernant qu'un petit nombre d'espèces et étant essentiellement descriptives, ne permettent pas de prédire la capacité d'un nouvel organisme à survivre, se multiplier et coloniser un environnement donné. Il semble cependant que le sol soit un milieu peu favorable à l'introduction de micro-organismes, à leur multiplication et à leur dispersion, ce qui devrait limiter les risques liés à une éventuelle dissémination accidentelle mais pose problème pour les disséminations volontaires d'organismes utiles. Cependant une fois introduits, les micro-organismes peuvent persister pendant de longues années, voire indéfiniment, et aucun moyen permettant leur destruction n'est envisageable, ce qui doit inciter à la prudence.

Des échanges génétiques limités

La caractérisation de populations naturelles du sol, comme les Rhizobium ou les bactéries dégradant certains pesticides, laissent supposer que des transferts génétiques prennent place au sein des populations du sol. Dans quelle mesure de tels transferts d'information génétique peuvent-ils se produire en conditions naturelles entre micro-organismes introduits et flore résidente? C'est pour essayer d'apporter des éléments de réponse à cette question que des disséminations de Rhizobium, dans lesquels des gènes marqueurs avaient été introduits, ont été réalisées dans des parcelles d'expérimentation contenant des Rhizobium indigènes de la même espèce. Dans les trois années ayant suivi l'introduction, aucun transfert des gènes marqueurs aux quelques 10000 isolats de la population indigène ayant été testés n'a été détecté, indiquant que les transferts de plasmides, s'ils avaient eu lieu, s'étaient produits à une fréquence inférieure à un sur dix mille. En revanche, sept ans après l'introduction, certains éléments génétiques, présents dans les souches indigènes mais absents de la souche introduite, ont été détectés dans la souche introduite à raison de 1/100000 à 1/1000000 de bactéries. En condition où aucune pression de sélection en faveur des transconjugants ne s'exerce, des transferts intraspécifiques pourraient donc se produire avec une fréquence de l'ordre de 10^-5-10^-6, ce qui laisse supposer des fréquences encore plus faibles, voire négligeables, pour les transferts interspécifiques. Bien que ces résultats restent à confirmer, il semblerait néanmoins que l'environnement sol ne soit pas très favorable aux échanges de matériel génétique entre bactéries.

 Les disséminations de micro-organismes dans les sols, en dehors du cas des Rhizobium, sont restées marginales probablement parce qu'elles n'ont pas été systématiquement accompagnées d'effets bénéfiques visibles. Ce manque d'efficacité peut avoir pour cause une mauvaise introduction des micro-organismes ou la présence dans les sols d'une flore naturelle remplissant déjà la fonction. Pour pallier ce problème, la recherche de procédés d'inoculation plus efficaces et de micro-organismes plus performants se poursuit et aboutira logiquement à des expérimentations au champ. Les disséminations massives de Rhizobium réalisées au cours de près d'un siècle, ainsi que celles plus restreintes d'autres micro-organismes sélectionnés à partir de la flore du sol, ont montré que cette pratique pouvait ne pas conduire à l'effet bénéfique attendu, mais qu'elle n'entraînait pas d'effets nocifs sur les plantes, la faune ou les hommes. L'expérience très limitée acquise avec des micro-organismes génétiquement modifiés a permis de constater que la dispersion de l'information génétique présente dans un micro-organisme introduit dans un sol restait circonscrite. Ceci doit donc permettre, au fur et à mesure de la réalisation de micro-organismes modifiés, de ne pas craindre la phase d'expérimentation au champ nécessaire pour mettre en évidence, d'une part les bénéfices que l'on peut attendre de leur utilisation, d'autre part les risques éventuels qui pourraient en découler. Le caractère d'irréversibilité de toute dissémination dans les sols doit cependant être pris en compte lors de toute sélection ou construction de micro-organisme à usage agricole.

[R] Pour en savoir plus

Catroux G., Amarger N. 1992. Rhizobia as soil inoculants in agriculture. In M.J. Day and J.C. Fry (ed.), Environmental release of genetically engineered and other micro-organisms. Cambridge University Press. pp 1-13.

Jackman S.C., Lee H., J.T. Trevors. 1992. Survival, detection and containment of bacteria. Microb. Releases. 1 : 125- 154.

Hirsch P.R. 1996. Population dynamics of indigenous and genetically modified rhizobia in the field. New Phytol. 133 : 159-171.