OGM et Agriculture

Y aura-t-il bientôt des forêts transgéniques ?

Le greffage de gènes étrangers à des espèces forestières qui ont par nature la vie longue impose une prudence particulière. Les nouvelles techniques ouvrent des voies prometteuses à la protection des arbres contre les ravageurs ou à l'amélioration de la qualité du bois. Mais il faudra au préalable tester l'impact de ces arbres génétiquement modifiés sur l'environnement. La forêt transgénique n'est sans doute pas pour demain !

Daniel Cornu, Jean-Charles Leple, Gilles Pilate,
Station d'Amélioration des Arbres Forestiers
INRA Orléans

La forêt française avec 15 millions d'hectares couvre plus de 25 % du territoire. Elle y remplit, de manière variable selon les situations, des fonctions de production (bois et produits divers, champignons, fruits...), de protection (refuge de la flore et de la faune, protection du sol contre les avalanches, l'érosion) et de loisir (structuration du paysage, accueil du public). Il ne reste que très peu de peuplements strictement naturels et l'homme par ses activités de défrichement, d'aménagement, de récolte et de reboisement a grandement participé à l'évolution du paysage et des peuplements forestiers. Contrairement aux espèces agronomiques, les espèces forestières demeurent encore largement sauvages, couvrant des aires géographiques et écologiques vastes et variables.

Dans le cadre de leur mission de production, certaines zones forestières font l'objet d'interventions du sylviculteur pour l'aménagement et l'entretien et pour le choix des espèces et variétés à installer. Pour ces dernières, en matière d'amélioration génétique, les critères d'adaptation aux contraintes biotiques (maladies, insectes) et abiotiques (sol, climat) jouent un rôle tout aussi important que les critères de production. Le temps d'obtention de variétés améliorées est très long du fait du délai important entre les générations. La transgénèse pourrait représenter une voie alternative courte et le département Forêts et Milieux Naturels de l'INRA a initié un programme pour évaluer la faisabilité et les problèmes potentiels d'une telle approche. De plus et surtout, la transgénèse représente un outil très puissant pour comprendre le rôle et la fonction des gènes in planta pour des processus physiologiques spécifiques aux arbres forestiers, tels que l'élaboration du bois.

En quoi la transgénèse peut-elle intéresser les forestiers ?

Le département Forêts et Milieux Naturels, notamment les équipes d'Orléans, développe différents modèles de transfert de gènes pour l'introduction d'un caractère nouveau ou pour la modification d'un caractère existant chez les feuillus (peupliers) et les conifères (mélèze).

La technique de transfert employée utilise la bactérie Agrobacterium tumefaciens, bactérie qui provoque, à l'état naturel, chez la plante une forme de cancer. Les biologistes l'utilisent comme vecteur pour introduire des gènes dans une plante, après avoir désarmé son pouvoir pathogène.

 * La résistance aux insectes

Pour des raisons de coût et de protection de l'environnement, le forestier ne peut intervenir en forêt à l'aide de pesticides ou de fongicides et l'exploitation de résistances naturelles, quand elles existent, peut demander de nombreuses décennies. Explorer des méthodes alternatives de lutte contre les ravageurs représente donc un enjeu important pour l'améliorateur. C'est ainsi que le département évalue l'effet de l'introduction de deux types de gènes sur la résistance du peuplier à un coléoptère ravageur foliaire, la chrysomèle. Ce sont, d'une part des gènes dont la fonction est d'inhiber la digestion des protéines par l'insecte, ce qui à terme perturbe sa croissance et le fait mourir ; d'autre part, des gènes qui codent pour des toxines de Bacillus thuringiensis, bactérie qui fait partie de la flore naturelle du sol, déjà utilisée en lutte biologique et qui peut tuer un insecte en 48 heures. Peu après leur transfert en serre, des peupliers ayant incorporé les gènes du premier type peuvent entraîner une mortalité des chrysomèles significativement plus élevée (de l'ordre de 40 %) que celle du témoin. Il en est de même de peupliers qui ont incorporé un gène de Bacillus thuringiensis .

* La qualité du bois

Améliorer les caractères de production représente un autre défi. Si certains d'entre eux sont très largement multifactoriels (croissance, forme,...) et ne peuvent encore être traités que par les méthodes traditionnelles de sélection, d'autres peuvent déjà être abordés au niveau moléculaire. C'est le cas de la lignine, principal constituant avec la cellulose, de la paroi des cellules du bois. Les recherches en cours qui concernent le peuplier et le mélèze se font en relation avec d'autres laboratoires européens. Lors de la transformation du bois en pâte à papier, l'élimination de la lignine constitue une opération lourde qui nécessite un apport énergétique important et est source de pollution. On connaît les enzymes clés du métabolisme de ces lignines et on peut donc envisager l'introduction de gènes afin d'augmenter ou de diminuer l'activité de ces enzymes. Selon les enzymes cibles, les arbres transformés peuvent avoir un contenu en lignine plus faible ou élaborer une lignine de qualité différente. L'extractabilité des lignines est améliorée, ce qui intéresse la fabrication de la pâte à papier. Cependant les premiers résultats obtenus, parfois différents de ce que laissait attendre l'examen des voies métaboliques de ces composés, mettent en évidence la complexité des régulations du métabolisme des lignines dans l'arbre.

Potentiellement, la transgénèse peut permettre l'acquisition de caractères intéressants, éventuellement nouveaux pour telle ou telle espèce. Mais les gènes s'expriment dans un contexte biologique très fortement régulé et cette acquisition peut nécessiter du temps.

* Bientôt des arbres transgéniques en forêt ?

Non ! il n'est pas raisonnable d'envisager la plantation d'arbres transgéniques en forêt dans un futur proche. Même si les potentialités de cette méthode en matière d'amélioration forestière apparaissent très attractives, nos connaissances sur l'effet d'un transgène introduit dans une espèce pérenne sont encore trop lacunaires. Des questions essentielles restent à résoudre : qu'en est-il de la stabilité d'expression du transgène ? Dans le cas d'arbres rendus résistants à des insectes, quel est l'effet potentiel de l'expression du gène introduit sur l'équilibre des populations d'insectes ciblés et non ciblés ? Quels sont les risques de dissémination et de pollution génétique de populations naturelles de la même espèce que l'arbre transgénique ? De très nombreux points demeurent à vérifier, au plan scientifique et environnemental.

Le département Forêts et Milieux Naturels de l'INRA, fort de son avance dans ce domaine, a engagé au travers de diverses plantations expérimentales, sous le contrôle de la CGB (Commission du Génie Biomoléculaire), une réflexion sur certains d'entre eux.

* La stabilité d'expression des gènes introduits dans des espèces pérennes. En effet avant de développer un programme d'introduction d'un gène, il est très important de savoir comment il sera exprimé dans les différents tissus et organes, pendant la période de végétation, et au fil des années au cours du développement de l'arbre.

* L'impact de l'expression de certains transgènes (en particulier pour la résistance aux insectes) sur l'environnement. La production d'un éventail de lignées de peupliers transgéniques présentant des niveaux de résistance variables à l'encontre de différentes classes d'insectes, (résistance conférée par un ou plusieurs types de gènes), constitue pour les entomologistes un excellent modèle pour analyser les risques liés :

- au temps ou au nombre de générations nécessaire au contournement par l'insecte de la résistance conférée ;

- aux répercussions sur l'environnement, et plus particulièrement sur le réseau «prédateur-compétiteur», des pressions de sélection exercées par ces lignées sur les insectes ciblés et non ciblés.

* L'obtention de plantes stériles. Durant une partie importante de leur vie les arbres produisent du pollen et des graines, d'où un risque de dissémination du transgène dans les populations naturelles. Il semble clair que dans le futur, la plantation d'arbres transgéniques ne sera envisageable que si ces arbres sont stériles. Afin d'obtenir une stérilité durable, des travaux en collaboration avec des chercheurs américains sur le blocage de la floraison ont été entrepris. Ils consistent à évaluer le comportement floral de peupliers chez lesquels on bloque l'effet d'un gène-clé qui commande la formation des chatons floraux. On peut aussi faire intervenir un gène «tueur» dont on dirige et limite spécifiquement l'action aux tissus de la fleur.

Pour le forestier, la transgénèse demeure et demeurera encore longtemps inaccessible. Si elle devait un jour déboucher sur des applications concrètes, on peut raisonnablement penser que cette technique serait réservée à la culture d'arbres correspondant à des variétés améliorées hautement productives, cultivées sur de petites surfaces, proches des zones de transformation. Mais dès maintenant, la transgénèse représente, pour l'ensemble des scientifiques travaillant sur les arbres forestiers, un outil inestimable pour faire progresser les connaissances fondamentales sur la physiologie des arbres.

D. Cornu. 1994. Forêt, de la gélose à la terre. Dossier "Au coeur de la fôret" Biofutur , 113, 25-31

Leplé J. C., Bonadé-Bottino M., Augustin S., Pilate G., Dumanois Lê Tân V., Delplanque A., Cornu D. et Jouanin L. 1995. Toxicity to Chrysomela tremulae (Coleoptera : Chrysomelidae) of transgenic poplars expressing a cysteine proteinase inhibitor. Molecular Breeding, 1 (4), 319-328.

M. Baucher, B. Chabbert, G. Pilate, J. van Doorsselaere, M.-T. Tollier, M. Petit-Conil, D. Cornu, B. Monties, M. van Montagu, D. Inzé, L. Jouanin et W. Boerjan, 1996. Red xylem and higher lignin extractibility by down-regulating a cinnamyl alcohol dehydrogenase in poplar. Plant Physiol., 112, 1479-1490.

V. Levée, M.-A. Lelu, L. Jouanin, D. Cornu et G. Pilate. 1997. Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of hybrid larch (Larix kaempferi x L. decidua) and transgenic plant regeneration. Plant Cell Reports, 16, 680-685.