OGM et Environnement

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Colzas transgéniques résistants aux insectes : un danger pour l'abeille ?

La production de colza transgénique résistant aux insectes ravageurs présenterait certains avantages. Il est cependant important de s'assurer que ces plantes ne soient pas toxiques pour les abeilles qui visitent le colza. Plusieurs études montrent qu'aux doses rencontrées dans le colza transgénique les protéines actives contre les insectes ravageurs ne provoquent aucun dommage aux abeilles. La gamme d'essais proposée pourra servir à évaluer d'autres plantes à action insecticide.

Lise Jouanin
Laboratoire de Biologie Cellulaire, INRA Versailles

Minh-Hà Pham-Delègue
Laboratoire de Neurobiologie Comparée des Invertébrés, INRA Bures-sur-Yvette 

 Le colza (Brassica napus L.) est une plante très cultivée en Europe (2 680 000 ha en 1996 dont un million d'ha en France) pour des usages alimentaires (huile, tourteaux...) et industriels (carburants...). Il héberge de nombreux insectes qui ne sont pas tous nuisibles ; toutefois certains nécessitent un contrôle de population par des traitements insecticides. Le colza étant une plante mellifère, très visitée par les abeilles en période de floraison, il est primordial de ne pas utiliser d'insecticides nocifs pour cet insecte. Il serait très intéressant à différents niveaux (protection de l'environnement, coût cultural, simplification de la conduite de la culture...) de disposer de variétés de colza résistantes aux insectes nuisibles.

La création de variétés de colza transgéniques, exprimant des protéines toxiques pour les insectes, pourrait contribuer à la protection de cette culture, tout en limitant l'emploi d'insecticides. La stratégie de création de plantes transgéniques résistantes aux insectes par expression de toxines de la bactérie Bacillus thuringiensis n'est pas adaptée au cas du colza, car la plupart des insectes ravageurs du colza sont des coléoptères, non sensibles à ces toxines. Une autre voie d'approche consiste à introduire et à exprimer dans les plantes des gènes codant pour des inhibiteurs de protéases (IP) capables de perturber la digestion des insectes. L'ingestion de ces protéines par les insectes se traduit par des retards de développement et/ou une mortalité larvaire accrue. Cette stratégie, décrite pour la première fois en 1987 sur un lépidoptère, a été adaptée à l'INRA à la lutte contre les coléoptères chez le colza. Toutefois, il est nécessaire de vérifier que l'expression de ces protéines n'a pas d'effet sur les insectes pollinisateurs, notamment sur l'abeille domestique. En effet, même si la pollinisation du colza ne dépend pas strictement des visites d'abeilles, celles-ci trouvent sur cette plante une source de nourriture essentielle au développement des colonies au printemps, et donc à la production de miel. De plus, la protection des abeilles est nécessaire, car ce sont des agents pollinisateurs sur la plupart des plantes cultivées en Europe. Le colza est donc un bon modèle, tant pour étudier l'efficacité d'une résistance à des insectes ravageurs conférée par une transformation génétique, que pour évaluer les effets de cette stratégie vis-à-vis d'insectes auxiliaires, c'est à dire présentant une utilité pour certaines plantes.

 Obtention des colzas transgéniques

 Au début de ce travail, il n'existait aucune information sur les protéases digestives des coléoptères ravageurs du colza. De nombreuses études démontraient que les lépidoptères dépendent essentiellement de protéases à sérine pour leur digestion et quelques travaux indiquaient la présence de protéases à cystéine chez les coléoptères. L'objectif de la transformation génétique du colza a été ici la création de plantes résistantes à des coléoptères. Dans ce but, les gènes codant pour deux IP («à sérine» et «à cystéine») ont été introduits dans la variété de colza de printemps Drakkar où ils sont exprimés de manière constitutive (dans tous les tissus). L'expression des IP dans les parties vertes de la plante (feuilles, tiges) consommées par les coléoptères a été vérifiée. De plus, les protéases digestives de certains coléoptères nuisibles au colza ont été caractérisées, et les effets des plantes génétiquement modifiées ont été étudiés sur ces insectes-cibles. Parallèlement, l'impact des colzas exprimant des IP, ou de ces IP purifiés, a été étudié sur l'abeille domestique.

Effets sur abeille domestique

 Les abeilles consommant le nectar et le pollen des fleurs de colza, nous avons tout d'abord recherché la présence d'IP dans ces éléments de la plante, afin d'évaluer les risques de contact entre l'abeille et les IP. Aucune quantité détectable d'IP, dans les limites de sensibilité des techniques utilisées, n'a été montrée dans le nectar et le pollen des colzas transformés. Corrélativement, l'observation du comportement de butinage d'abeilles, en cage de vol en présence de colzas témoins et transformés, a montré que les abeilles visitaient de façon équivalente les deux types de plantes.

À ce stade des études, on pouvait donc penser que les colzas exprimant des IP n'affectaient pas le comportement des abeilles, du fait de l'absence d'IP dans le nectar ou le pollen. Cependant, l'absence d'IP dans les sécrétions de la fleur n'assure pas de façon certaine l'innocuité des plantes transformées. Les IP peuvent être présents à l'état de traces, et se concentrer dans les réserves stockées par la colonie. Ils pourraient également être exprimés à des taux plus importants dans d'autres plantes transgéniques. C'est pourquoi les expériences ont été poursuivies, en considérant l'interaction abeilles-colzas exprimant des IP comme un modèle d'étude. Nous avons alors étudié les effets de plantes transformées ou d'IP sur la survie, le comportement et la physiologie digestive de l'abeille :

* La toxicité d'IP à cystéine (OCI) et à sérine (BBI) a été examinée :

- à court terme, en administrant à des groupes d'abeilles, maintenus en cagettes, des doses d'IP correspondant à 3 à 6 fois celles exprimées dans les feuilles des plantes transgéniques. Aucune mortalité aigüe n'a été constatée. On peut donc considérer que les butineuses exposées briévement à des IP ne seraient pas exposées à une mort à court terme,

- à plus long terme, en délivrant à des groupes d'abeilles une alimentation additionnée d'IP à différentes doses. Les courbes de mortalité enregistrées jusqu'à la disparition des derniers individus (3 mois environ) indiquent des cinétiques similaires à celles des témoins nourris avec une simple solution de sucre, sauf pour des solutions contenant des IP à sérine à la concentration la plus forte (soit plus de 10 fois le taux exprimé dans les feuilles). Dans ce cas, on peut observer un raccourcissement de la durée de vie des abeilles allant jusqu'à 15 jours.

* Outre les effets sur la longévité, l'ingestion d'IP pourrait perturber la reconnaissance des plantes par les abeilles, et donc affecter leur efficacité pollinisatrice. L'apprentissage des odeurs florales jouant un rôle déterminant dans l'interaction plante-abeille, un essai biologique fondé sur l'extension conditionnée du proboscis (langue de l'abeille) en réponse à une odeur a été développé. Cette réponse est présentée en conditions naturelles lorsque les abeilles butinent une fleur, et peut être reproduite en conditions contrôlées. Les abeilles recevant des solutions sucrées additionnées d'IP à des doses correspondant aux taux exprimés dans les feuilles des colzas transgéniques, soit lors du conditionnement (effet à court terme) soit pendant les 15 jours qui précèdent l'expérience (effets à long terme), ont des performances d'apprentissage olfactif similaires à celles des témoins. On note cependant une diminution des performances (de l'ordre de 20 %) chez les abeilles nourries de façon prolongée avec la plus forte concentration d'IP à sérine (supérieure à 10 fois les concentrations rencontrées dans les parties vertes des plantes).

 Ainsi, nous avons montré que des IP à cystéine, même à forte concentration, n'induisaient pas d'effets sur la longévité et le comportement de l'abeille. En revanche, l'action d'IP à sérine à fortes doses s'expliquerait par le fait que le contenu en enzymes digestives (protéases) de l'intestin de l'abeille est majoritairement constitué de protéases à sérine. L'activité protéasique globale du tube digestif d'abeilles nourries pendant 15 jours avec des IP à sérine aux doses élevées est significativement accrue. Ceci suggère la mise en jeu d'un processus de régulation physiologique, se traduisant par une hyperproduction de protéases sensibles aux IP, en réaction à l'ingestion d'IP à sérine. Cette activité métabolique pourrait se produire au détriment d'autres processus physiologiques, et se traduire par des pertubations biologiques et comportementales.

Conclusion

 Ces études ont permis de déterminer que les colzas transgéniques exprimant des inhibiteurs de protéases n'affectaient pas le comportement des abeilles du fait de l'absence d'IP dans le nectar et le pollen. Ces travaux permettent de disposer d'une gamme d'essais biologiques qui pourront servir à évaluer l'impact sur les abeilles de plantes transformées exprimant d'autres molécules à activité insecticide. Dans le cas où ces nouvelles molécules auraient un effet sur la survie et/ou le comportement de l'abeille, il sera nécessaire de s'assurer que ces toxines ne sont pas présentes dans le pollen et le nectar des plantes transformées.

 [R] Remerciements

 Ces travaux ont reçu le soutien de la société Rustica-Prograin-Génétique et de la fondation d'entreprise Limagrain. Les travaux sur les effets des IP sur abeilles font partie du programme Européen Biotech ITI (PL96-365).

[R] Pour en savoir plus

 CETIOM. Colza d'hiver : le contexte économique, les techniques culturales, les débouchés. 1997.

C. Girard, A.L. Picard-Nizou, E. Grallien, B. Zaccomer, L. Jouanin, M.H. Pham-Delègue 1998. Effects of proteinase inhibitor ingestion on survival, learning abilities and digestive proteinases of the honeybee. Transgen. Res. pp 1-8.

 V.A. Hilder, A.M.R. Gatehouse, S.E. Sheerman, R.F. Barker et D. Boulter. 1987. A novel mechanism of insect resistance engineered into tobacco. Nature, 333 160-163.

 I.H. Williams.1994. The dependence of crop production within the European Union on pollinisation by honeybees. Agric. Sci. Rev. 6 1994. 229-257.