OGM et Agriculture

Quelle est la place de la transgénèse dans l'amélioration des plantes ?

La transgénèse apporte des possibilités nouvelles au sélectionneur de variétés végétales, en termes de connaissance du génome et de possibilités d'amélioration. Elle permet d'envisager l'introduction dans les plantes de nombreux caractères originaux mais ne remplace pas l'amélioration traditionnelle, base de toute nouvelle variété. Les techniques récentes nécessitent un dialogue accru entre les chercheurs de disciplines différentes.

Gérard Doussinault
Unité d'Amélioration des Plantes, INRA Rennes

L'amélioration des variétés végétales, pour leur conférer une meilleure qualité, une meilleure aptitude à la production (dans un plus grand respect de l'environnement), une plus grande aptitude à la conservation, à la transformation... s'inscrit dans la durée. Elle commence toujours par des croisements entre variétés ayant des qualités complémentaires, et se poursuit par un choix, parmi les descendants des croisements initiaux, des plantes qui réuniront le plus harmonieusement possible les qualités des parents. Des procédés d'évaluation très élaborés sont utilisés mais la «création» d'une nouvelle variété de tomate, de blé, de betterave nécessite une dizaine d'années. Cette démarche est lourde puisqu'il faut observer plusieurs milliers ou dizaines de milliers de plantes à chaque génération mais elle a largement montré son efficacité. Par exemple le progrès génétique chez le blé est constant depuis cinquante ans au niveau du rendement et s'élève, pour la seule part due à la génétique, à 0,5 quintal par hectare et par an.

La transgénèse : un outil pour la recherche

Pour les créateurs de variétés végétales, la transgénèse est d'abord un outil de connaissance remarquable des processus physiologiques et de la génétique. Les plantes transgéniques permettent en particulier d'étudier les conséquences des modifications de tout ou partie des gènes et donc d'en analyser la fonction et la régulation, notamment par inactivation ou surexpression. Le séquençage des génomes de certaines plantes, réalisé ou en cours de réalisation, peut être effectué notamment grâce aux outils qui ont été développés pour la transgénèse. Ce séquençage, qui donne la connaissance de la structure fine des chromosomes, constitue une aide précieuse ensuite dans la connaissance de certains processus physiologiques utilisés en création variétale.

La transgénèse fait partie des techniques permettant de localiser précisément l'endroit où se situe un gène sur un chromosome, de déterminer sa fonction précise, quand elle s'exprime, dans quel tissu... Par transgénèse on réalise en ce moment, notamment à l'INRA, un étiquetage des gènes d'Arabidopsis thaliana, une petite plante sauvage choisie comme plante modèle. Cet étiquetage permettra d'établir une carte des gènes de cette plante associée à la connaissance de leur fonction. L'intérêt de ce travail sur une plante sans intérêt agronomique réside dans la possibilité de transposition des résultats à d'autres plantes. Une grande proportion des gènes des végétaux est en effet identique d'une espèce à l'autre. Ce qui les différencie, ce sont les séquences régulatrices propres à chaque espèce. Si on connaît un gène chez Arabidopsis, on peut avec une bonne probabilité de réussite aller chercher l'équivalent chez le maïs, le blé, la betterave...

Les avantages de la transgénèse pour l'amélioration

Pour le créateur de variétés, en dehors de son aide méthodologique, la transgénèse se situe dans la continuité des pratiques d'amélioration classiques. Elle permet d'aller un peu plus loin que ce qui a été fait jusqu'à maintenant, d'élargir les «sources de biodiversité» dans lesquelles il peut puiser des caractères d'intérêt.

Le schéma habituel de sélection ne permet de progresser que difficilement. En effet, lors du croisement «de départ», toutes les caractéristiques des deux parents sont mélangées. Il faut ensuite rechercher dans la descendance la bonne combinaison, dont la probabilité est très faible. L'utilisation dans ce cas de la transgénèse aurait deux avantages principaux : d'une part de pouvoir aller chercher des caractères intéressants «loin» de la plante à améliorer, par exemple chez des plantes dont le croisement avec la plante à améliorer, même aidé par les techniques de laboratoire, est totalement impossible; d'autre part de pouvoir introduire dans une variété très performante qui aurait une faiblesse (sensibilité à une maladie, à un insecte...), un gène d'une autre origine améliorant uniquement ce point sans passer par le croisement qui rebat toutes les cartes et modifie les autres caractéristiques. En plus de la précision, il y aurait aussi un gain de temps important mais il convient cependant de souligner que, dans ce cas particulier, le progrès génétique ne concerne qu'un seul caractère.

Un apport inégal selon les espèces

Chez le blé la transgénèse n'est pas très utilisée : elle a été obtenue par certaines équipes de recherche, mais uniquement dans des conditions particulières qui interdisent actuellement son utilisation en routine. Son apport au blé est théorique pour ce qui concerne l'introduction de caractères nouveaux. En revanche elle est déjà utilisable chez le riz, espèce chez laquelle les possibilité dans ce domaine sont plus avancées. C'est ainsi que l'inactivation du gène codant pour une protéine responsable d'allergies dans le riz a été obtenue. Cette technique présente l'avantage de conférer une amélioration grâce à la transgénèse, mais sans aucune addition de matériel génétique, puisque l'avantage est obtenu par la suppression d'une caractéristique négative. Dans certaines populations, les allergies au riz constituent un souci non négligeable, et ce travail peut avoir des conséquences économiques importantes. Ce type de transformation par inactivation est envisageable pour d'autres cas.

Dans le domaine de l'addition de caractéristiques nouvelles, les objectifs potentiels sont nombreux. Ils reprennent ceux de la sélection classique qui font appel à un petit nombre de gènes, donc plus faciles à transférer. Ce sont par exemple des résistances aux maladies, ou aux insectes. Ce dernier cas est sur le devant de la scène avec l'autorisation à la culture en France d'un maïs résistant à la pyrale, une chenille qui détruit sa tige. D'autres plantes transgéniques, mises au point par des sociétés privées, doivent permettre d'utiliser des herbicides plus efficaces et moins agressifs pour l'environnement. Les atouts avancés doivent encore faire l'objet de confirmation, l'expérience de certaines cultures autorisées aux États-Unis ayant montré qu'ils n'étaient pas aussi systématiques qu'on pouvait l'espérer. Les virus ont une place à part : on connaît en effet très peu de moyens de lutte et les stratégies contre ces types de parasites sont particulièrement attendues dans la plupart des espèces cultivées. La transgénèse apporte des moyens efficaces, mais dont l'innocuité doit encore être vérifiée (voir le texte de Mark Tepfer «Plantes rendues résistantes au virus : un risque pour l'environnement ?»).

Des travaux sont aussi menés pour améliorer la résistance des plantes aux maladies provoquées par des champignons. La connaissance encore rudimentaire des processus infectieux rend cependant difficile la détection des gènes intervenant dans l'expression de la pathogénèse. Plusieurs pistes sont explorées pour faire surexprimer des protéines déjà présentes dans la plante, et ayant une activité antifongique, ou qui s'accumulent lors des réactions de défense de la plante. On peut aussi penser avoir recours à des gènes codant pour des protéines capables d'inhiber une fonction nécessaire au champignon pour le déroulement du processus infectieux. Enfin, on peut espérer stimuler les fonctions de résistance des plantes, fonctions qui sont plus ou moins conservées dans les différentes espèces.

 Des moyens indirects peuvent aussi être envisagés. Une maladie grave du colza est due à un champignon pathogène, Sclérotinia sclérotiorum. Lorsqu'à la fin de la floraison les pétales tombent, en présence d'humidité certains restent collés sur les feuilles ou la tige. Ils constituent alors un lieu privilégié de développement des spores du champignon et d'entrée de la maladie dans la plante. Un laboratoire de l'INRA envisage de supprimer par transgénèse les pétales des fleurs, et donc de réduire le potentiel infectieux du champignon. L'idée peut paraître étonnante et même choquer. Il faut la rapprocher de l'objectif : réduire la quantité de produits chimiques nécessaires à la protection des plantes et diffusés dans l'environnement.

Un outil d'amélioration de la qualité

La connaissance des enzymes et des gènes-clefs dans les processus physiologiques essentiels des plantes permet d'avoir une action sur le métabolisme et sur le produit final. La connaissance fine des mécanismes de l'absorption de l'azote et du métabolisme du nitrate dans la nutrition de la plante, ou bien du contrôle de la maturation des fruits, présente aussi un grand intérêt. Des modifications physiologiques, biochimiques et structurales peuvent permettre d'améliorer de façon notable la qualité. C'est ainsi que la surexpression de la nitrate réductase, étudiée chez le tabac, permet d'abaisser sensiblement la quantité de nitrate naturellement présent dans la plante et d'envisager cette application dans des plantes à usage alimentaire. Autre exemple : l'inactivation des enzymes responsables de la dégradation des parois de cellules des fruits permet une meilleure conservation. On peut ainsi attendre la maturité pour la cueillette des tomates, d'où une amélioration de la qualité, en particulier pour les tomates d'industrie à récolte unique. Cela permet ainsi aux transformateurs de travailler avec des lots ayant gagné aux plans de l'homogénéité et de l'état sanitaire.

La transformation du peuplier ou de l'eucalyptus pour la biosynthèse des lignines permet d'obtenir une matière première nettement améliorée pour la fabrication du papier. Des travaux portent aussi sur des maïs contenant moins de lignine, substance qui n'est pas digérée par les animaux, ou une lignine modifiée. On pourrait ainsi réaliser un ensilage de meilleure qualité. La caractérisation des gènes du métabolisme lipidique permettra sans doute une optimisation des caractéristiques des plantes oléagineuses destinées à la lipochimie. On dispose déjà d'oléagineux (colza, tournesol...) produisant des huiles à destination industrielle (lubrifiants, fabrication de matières plastiques...) obtenus par sélection classique. La transgénèse n'aura d'intérêt, dans ce cas comme dans les autres, que si elle apporte un avantage en matière de protection de l'environnement, de possibilités nouvelles, d'avantage économique... L'introduction de gènes codant pour des enzymes à usage industriel devrait en permettre une production peu coûteuse de qualité. Il en est de même pour des produits pharmaceutiques, des vaccins, applications dont la perception par le public est très favorable.

Quelles limites ?  

Le nombre actuel de transgènes utilisables est relativement limité. Le gène concerné doit être transféré dans l'espèce à améliorer, ce qui suppose que les problèmes liés à sa transformation sont résolus. Il doit être fonctionnel et sa régulation doit être assurée. Par ailleurs, il peut y avoir des liaisons génétiques favorables et défavorables avec les gènes proches du site d'insertion. La modification profonde du métabolisme peut entraîner une interaction avec le fonctionnement général de la plante. Il ne faut pas sous-estimer cet aspect et il est important de vérifier ses conséquences au cas par cas.

L'évaluation des risques toxicologiques pour l'homme et les animaux consommateurs des produits de la plante est réalisée (voir le texte de René Scalla «Y a-t-il des risques liés à la consommation de produits frais contenant des bactéries transgéniques ?»). D'une manière générale, l'évolution de la faune et la flore est suivie afin de se garantir des risques pour l'environnement. Les fonctions déterminées par les transgènes peuvent induire des risques pour les écosystèmes (résistance aux herbicides, aux insectes...), qu'il convient d'estimer et de gérer.

L'amélioration des variétés est globale. Elle continuera sans aucun doute à se faire à partir de croisements utilisant la variabilité naturelle. La synergie de ce procédé classique avec un ou des transgènes apportant des progrès pour des caractéristiques particulières devrait permettre de faire progresser les possibilités, mais sans doute pas de les révolutionner totalement. Par ailleurs, la prise de brevets pour les constructions génétiques et les techniques de transformation risque de réduire les possibilités d'utilisation des variétés comme base pour de nouveaux progrès génétiques. Elle risque aussi de placer les firmes détentrices dans des situations d'avantages concurrentiels exacerbés.

Conclusion

Aujourd'hui, les maillons de la filière de l'amélioration des plantes sont de plus en plus spécialisés. Les différents acteurs ont un champ de compétence très poussé mais plus étroit qu'autrefois si bien que les relais deviennent plus difficiles. L'amélioration des plantes, qui a l'ambition légitime d'aller de l'ADN au champ cultivé, est de plus en plus écartelée. Pour les uns dans une variété transgénique c'est la construction génétique du transgène et son expression qui est le plus important, pour les autres c'est le fond génétique qu'il a fallu construire avec patience. Le dialogue entre les différents acteurs est de plus en plus nécessaire. Il doit être maintenu et renforcé.

La transgénèse a déjà apporté des connaissances essentielles sur l'organisation des gènes, sur les parentés génétiques et sur le parti que peut en tirer la sélection de variétés végétales améliorées. Elle constitue dans ce domaine un outil irremplaçable. Elle permet aussi d'élargir la «base génétique» dans laquelle les sélectionneurs vont pouvoir puiser des gènes destinés à obtenir des variétés meilleures, en termes de rentabilité pour le producteur, de qualité pour le consommateur, de respect de l'environnement, de sécurité alimentaire... Des utilisations non alimentaires nouvelles, médicales ou industrielles apparaissent aussi. Les enjeux sont séduisants, mais les conséquences des applications doivent être contrôlées et suivies avec une grande prudence. De plus il ne faut pas oublier les outils classiques, dont l'efficacité est éprouvée. Un caractère nouveau n'évite pas tout le reste du travail du sélectionneur. Il ne faut pas non plus laisser croire que le problème de la faim dans le monde sera résolu par la transgénèse. Cette technologie constitue certes un atout supplémentaire important pour le travail humble et patient du créateur de variétés. Elle trouvera place dans de nouveaux schémas de sélection de plus en plus efficaces.

[R] Pour en savoir plus

Gallais A., 1990. Théorie de la sélection en amélioration des plantes. Masson. Paris

Canderesse T. et al., 1997. La protection des plantes in : Les plantes transgéniques Enjeux et risques. La lettre des Sciences de la vie du CNRS n° 70 16-19.

Puech J.C. et Kuntz, M. 1997. Contrôle de la maturation et de la qualité des fruits in : Les plantes transgéniques Enjeux et risques. La lettre des Sciences de la Vie du CNRS, n° 70 13-16.

Guy P., 1997. Beaucoup d'applications actuelles des biotechnologies ne résisteront pas à l'épreuve du temps - Biofutur 172, 68-69.

Les OGM à l'INRA  
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