Le génie génétique permet d'introduire dans une cellule un gène qu'elle ne possède pas. Le fonctionnement de ce gène se traduit habituellement par son expression, c'est-à-dire par la synthèse de la protéine qu'il code. Le génie génétique permet également la suppression ou la modification de l'expression d'un gène déjà présent dans le génome* de la cellule hôte. Le génie génétique peut s'appliquer aux végétaux, aux animaux, aux micro-organismes...
Une plante transgénique est une plante dont le génome a été modifié par l'introduction d'un gène qui peut provenir d'une autre plante, d'une bactérie ou de tout autre organisme. Ce gène peut coder une nouvelle protéine, par exemple un composé toxique pour les insectes ravageurs, une enzyme* qui intervient dans la maturation des fruits, une substance qui bloque la multiplication d'un virus...
Un OGM* (Organisme Génétiquement Modifié) est un organisme vivant dont le génome a été modifié par génie génétique. Toutes les cellules de cet organisme possèdent le gène étranger. C'est pourquoi cette modification génétique est transmissible à sa descendance. Dans le cas d'une plante, l'OGM est la plante transgénique et, par extension, toutes ses parties capables de donner une nouvelle plante (fruits, graines, organes de reproduction végétative).
Les produits dérivés des OGM, n'ayant aucune capacité
de reproduction, ne sont pas des OGM, même s'ils peuvent
éventuellement contenir le gène introduit ou la protéine
codée par ce gène.
Par exemple, des plants de colza transgénique résistant à
un champignon pathogène sont des OGM, leurs graines aussi. En revanche,
l'huile de colza destinée à l'alimentation humaine, ou le tourteau
de colza destiné à l'alimentation animale, ne sont pas des
OGM, mais des produits dérivés d'un OGM. Compte tenu des
procédés de fabrication et de purification, il est probable
que la plupart des huiles raffinées que nous consommons ne contiennnent
pas de protéines ou d'ADN. Le tourteau, obtenu à partir des
résidus de fabrication de l'huile, contient des protéines et
de l'ADN. Il peut donc contenir le gène de résistance au champignon
pathogène et la protéine codée par ce gène.
1. Repérage d'un caractère intéressant dans un autre organisme vivant (plante, champignon, bactérie...) et identification de la protéine responsable de ce caractère, par exemple un composé toxique pour un insecte ravageur.
- transfert biologique : au moyen d'un vecteur, la bactérie du sol Agrobacterium tumefaciens, qui transfère naturellement une partie de son ADN (auquel on a donc ajouté la construction génique à intégrer) dans le génome des plantes.
- transfert mécanique : les constructions géniques, portées par des microbilles de tungstène, sont projetées dans la cellule végétale.
En permettant d'introduire un gène, ou encore de modifier ou d'inactiver l'expression d'un gène déjà présent, le génie génétique offre la possibilité d'étudier précisément le rôle et la régulation de ce gène dans la vie de la plante (germination, croissance, développement, floraison...). Il permet ainsi de mieux comprendre les mécanismes intimes du fonctionnement végétal avec, en perspective, une meilleure gestion et une meilleure utilisation des plantes. Trois exemples sont ici présentés.
Les chercheurs de l'INRA s'intéressent à une petite crucifère sauvage apparentée au chou, au navet et au colza, l'arabette des dames ou Arabidopsis thaliana. Courante dans nos prairies, elle est le modèle préféré des chercheurs qui désirent étudier le développement des plantes. Par rapport aux plantes cultivées, elle présente plusieurs avantages :
- sa petite taille (20 à 30 cm) autorise des expériences à grande échelle dans un espace relativement réduit ;
- son temps de génération (de graine à graine) particulièrement rapide - deux mois - permet de mener des expérimentations en un temps plus court ;
- sa grande productivité en graines conduit à l'obtention de nombreuses plantes à chaque expérience ;
- son génome de petite taille par rapport à celui des plantes cultivées - il est 50 fois plus petit que celui du maïs -, facilite grandement la recherche des gènes.
Pour identifier les gènes de l'arabette, les chercheurs ont introduit au hasard dans son génome un segment particulier et repérable, d'ADN étranger. Si ce segment s'insère à l'intérieur d'un gène, ce dernier ne peut plus fonctionner, ce qui entraîne une modification du développement et de l'aspect de l'arabette et de ses descendants. De cette façon, les chercheurs ont par exemple identifié des gènes impliqués dans la floraison d'Arabidopsis thaliana. Ces gènes, actuellement en cours d'isolement, vont permettre d'étudier les mécanismes de la floraison. Les gènes jouant le même rôle chez les plantes cultivées pourront également être recherchés et étudiés. En effet, malgré leur diversité, les plantes utilisent souvent le même type de gène pour une fonction donnée. Un gène isolé de l'arabette pourra ainsi être utilisé comme sonde pour rechercher son homologue non seulement dans le colza, le chou, le navet, mais aussi dans des plantes d'autres familles comme la tomate, le pois et le maïs. Chez ces espèces dont le génome est beaucoup plus grand que celui de l'arabette (jusqu'à 200 fois), ce travail de recherche serait beaucoup plus long, fastidieux et réclamerait davantage de moyens.
L'azote, élément indispensable à la croissance des plantes, est essentiellement puisé dans le sol par les racines sous forme de nitrate, principalement apporté par les engrais azotés. Le nitrate est transporté jusqu'aux feuilles où il peut être soit stocké, soit assimilé par la plante pour sa croissance. Dans ce dernier cas, sous l'action de la nitrate réductase, puis d'autres enzymes, il est transformé en acides aminés, constituants de base des protéines.
L'obtention de plantes transgéniques a permis aux chercheurs de l'INRA de préciser le rôle de ces enzymes. Ils ont notamment démontré le rôle essentiel de la nitrate réductase. En effet, des plantes transgéniques produisant moins de nitrate réductase présentent une croissance réduite par rapport à des plantes normales et elles accumulent dans leurs feuilles le nitrate qu'elles n'utilisent pas. Par ailleurs, des tabacs transgéniques produisant plus de nitrate réductase ont été obtenus : ils accumulent moins de nitrate dans leurs feuilles. On peut donc espérer obtenir des plantes alimentaires, des laitues, des endives, des épinards, qui accumuleraient moins de nitrate. Enfin, la connaissance de l'absorption puis de la réduction du nitrate pourrait conduire à une meilleure gestion des apports d'engrais.
Associées à la cellulose, les lignines sont l'un des constituants majeurs du bois. Or, la qualité des pâtes à papier dépend en grande partie de l'élimination de ces derniers composés. Ils en compliquent la préparation et les lignines résiduelles, qui n'ont pu être éliminées, sont responsables du jaunissement du papier à la lumière. L'élimination des lignines est particulièrement coûteuse en eau et en électricité et génère une pollution importante des eaux, d'où l'intérêt de réduire la quantité de lignine présente dans le bois.
Dans le cadre d'un programme européen, les chercheurs de l'INRA et leurs partenaires se sont intéressés à ces composés complexes. Ils ont ainsi identifié des enzymes clés de la formation des lignines. Les connaissances acquises ont permis aux chercheurs de créer des peupliers transgéniques chez lesquels l'activité de ces enzymes est fortement réduite. Le papier fabriqué expérimentalement à partir d'arbres transgéniques jeunes présente une quantité de lignine résiduelle très faible. Ces recherches fondamentales constituent ainsi un premier pas vers le contrôle de la "qualité" des lignines.
Une plante transgénique, dans laquelle a été introduit un gène exprimant un caractère intéressant, par exemple une résistance à une maladie, peut servir à améliorer les plantes cultivées ; elle entre alors dans les schémas habituels de sélection variétale : introduction du gène choisi dans des variétés reconnues pour leur valeur agronomique (précocité, rendement...), par croisements (reproduction sexuée) avec la plante transgénique et sélection des plantes filles qui auront conservé leur qualité agronomique tout en exprimant le transgène*.
Le génie génétique ne se substitue pas aux schémas d'amélioration des plantes cultivées utilisés en agriculture. Il constitue un outil supplémentaire pour les sélectionneurs, un outil précieux, car il permet d'introduire plus rapidement un gène intéressant, tout en étant précis puisqu'on utilise un gène bien défini. De plus, il donne accès à un plus grand nombre de gènes et permet de les introduire dans les plantes cultivées même si celles-ci ne se croisent pas avec l'organisme porteur du gène visé (plante d'une autre espèce, micro-organisme...).
Les chercheurs de l'INRA travaillent à l'amélioration des techniques du génie génétique. D'une part, pour apporter encore plus de précision sur le lieu ( feuilles, graines, fruits...) et le moment (lors de l'attaque par un insecte ravageur par exemple) de l'expression du gène dans la plante ; d'autre part, pour mettre en oeuvre d'autres gènes d'intérêt, notamment pour lutter contre les maladies virales des plantes. L'utilisation des plantes transgéniques résistantes aux maladies, aux insectes ou aux herbicides pourrait autoriser une réduction des traitements chimiques sur les cultures ou l'emploi de produits moins nocifs pour l'environnement. On peut également envisager l'obtention de plantes transgéniques aux qualités nutritionnelles modifiées.
Le génie génétique ouvre des perspectives particulièrement intéressantes pour la compréhension du vivant et l'amélioration des plantes. Mais cette technologie est nouvelle et les plantes transgéniques doivent être appréciées au regard de leurs impacts - positifs ou négatifs - aux niveaux de l'environnement, des pratiques agricoles et de la sécurité alimentaire. L'INRA travaille à de telles évaluations.
Il est logique de penser que les gènes introduits par transgenèse puissent être disséminés par le pollen de la plante transgénique dans les variétés classiques de la même espèce ou dans les espèces sauvages apparentées. Un tel risque se pose différemment selon les espèces et doit être étudié au cas par cas. Pour le maïs et le soja, le problème de la transmission aux espèces sauvages apparentées ne se pose pas en Europe car il n'y existe aucune espèce sauvage avec laquelle ces deux plantes sont susceptibles de se croiser. En revanche, le risque est à considérer pour d'autres espèces comme la betterave ou le colza.
A l'INRA, un colza transgénique résistant à un herbicide sert de modèle d'étude de la dissémination du gène de résistance dans des plantes sauvages avec lesquelles il peut se croiser. Il s'agit essentiellement de la roquette bâtarde, de la ravenelle et de la moutarde des champs. Les chercheurs étudient notamment les croisements entre le colza et la ravenelle conduisant à des plantes hybrides, la vigueur de ces hybrides et leur fertilité. Ces essais sont menés en champs d'expérimentation, dans des conditions de pollinisation naturelle et sous contrôle des commissions officielles.
Des recherches sur les risques de sélection de populations d'insectes résistants aux plantes transgéniques sont aussi menées à l'INRA. Elles concernent un maïs dans lequel on a introduit un gène codant une protéine spécifiquement toxique pour un insecte ravageur, la pyrale. Ce gène provient de la bactérie Bacillus thuringiensis ; cette bactérie est déjà utilisée couramment dans différents pays, dont la France, comme biopesticide pour protéger les cultures ou les forêts contre différents insectes ravageurs. Des cas de résistance à ce biopesticide ont été signalés dans quelques pays (Hawaï, Japon, Malaisie...) où son emploi était abusif sur les cultures maraîchères. Des problèmes semblables peuvent aussi se poser avec les plantes transgéniques. L'INRA les étudie au laboratoire. A ce jour, en conditions expérimentales, aucun cas de résistance à la toxine n'a pu être mis en évidence chez la pyrale. Il n'en reste pas moins que des stratégies préventives qui permettraient de retarder ou d'éviter la sélection d'insectes résistants sont d'ores et déjà étudiées, ce qui est nouveau dans le domaine de la lutte contre les insectes. L'une de ces stratégies consiste à ménager, dans ou autour des cultures de maïs transgéniques, des zones plantées de maïs non résistants (zones refuges).
Enfin, en complément des études précédemment décrites, l'INRA analyse l'impact des plantes transgéniques sur les insectes utiles comme l'abeille.
L'INRA est associé à une étude de trois ans conduite depuis 1995 par 4 instituts techniques - l'Association Générale des Producteurs de Maïs (AGPM), le Centre Technique Interprofessionnel des Oléagineux Métropolitains (CETIOM), l'Institut Technique de la Betterave (ITB), l'Institut Technique des Céréales et des Fourrages (ITCF). Elle a pour objectif d'évaluer les conséquences de l'introduction de plantes génétiquement modifiées dans les systèmes de culture (propriétés agronomiques, qualités des produits obtenus, balances avantages/inconvénients, coût/bénéfice pour l'agriculeur), leur impact sur l'environnement, et de mettre au point les éventuelles modalités de gestion qui en résultent.
Cette étude, menée en partenariat avec des sociétés semencières et agrochimiques impliquées dans la création de plantes transgéniques, porte sur des variétés de maïs, betterave et colza résistantes à différents herbicides et sur des variétés de maïs résistantes à la pyrale. Ces plantes sont cultivées selon un système de rotation avec jachère dans trois sites représentatifs de trois régions différentes, Champagne, Bourgogne et Midi-Pyrénées. Dans le cas du colza par exemple, un dispositif d'étude à trois niveaux a été mis en place : suivi dans la rotation (étude de l'impact des repousses de colza dans la rotation), dissémination dans l'espace (évaluation de l'acquisition de la résistance par les plantes sauvages présentes autour du dispositif), essais de désherbage (comparaison de l'intérêt du système de résistance à l'herbicide par rapport aux pratiques actuelles d'utilisation des herbicides en culture de colza).
Pour les plantes transgéniques, le problème se pose différemment selon que l'on consomme des produits frais (légumes, fruits...), transformés (concentré de tomate par exemple), ou des produits dérivés (farine, sucre, huile...).
Dans le premier cas, le gène introduit et sa protéine sont présents dans l'aliment et sont soumis à la dégradation digestive. C'est ce qui se passe tous les jours lorsque nous consommons des aliments traditionnels. Dans le cas des produits transformés ou dérivés, le procédé de fabrication peut ou non entraîner une perte de fonctionnement de l'ADN et une dénaturation des protéines, voire leur quasi-élimination (huile, sucre).
Ceci ne permet pas d'exclure tous les problèmes que peuvent poser ces nouveaux aliments. Le gène introduit pourrait par exemple coder une protéine nouvelle potentiellement allergisante. Il faut savoir reconnaître ce risque allergène. Les caractéristiques de la protéine (forme, composition en acides aminés, digestibilité, sensibilité à la chaleur...) peuvent aider à la détection de ce risque par comparaison avec toutes les données déjà disponibles sur les protéines allergènes naturelles connues : celles du lait, de l'oeuf, des crustacés, de l'arachide, de la noix du Brésil... Des plantes connues pour être allergènes ne devront pas être utilisées comme source de gènes.
Un autre problème peut se poser si le gène introduit perturbe certaines fonctions de la plante, entraînant par exemple la production d'une nouvelle substance toxique ou la production en plus grande quantité de toxines naturelles déjà présentes (solanine de la pomme de terre, psoralène du céleri, tomatine de la tomate). Ce problème de toxicité peut également apparaître dans le cas où le gène introduit code une protéine qui rend la plante résistante à un herbicide : la dégradation de l'herbicide pourrait générer des composés toxiques (le même problème peut d'ailleurs se poser dans le cas d'une variété obtenue par croisements classiques ou dans le cas d'une résistance naturelle à un herbicide). Ici, l'analyse de la composition des plantes transgéniques et des aliments qui en sont issus, associée à des tests toxicologiques, permet d'évaluer ce risque. Enfin, une perturbation du fonctionnement de la plante peut aussi entraîner une modification du contenu nutritionnel de l'aliment. Là encore, l'analyse de l'aliment s'impose. L'INRA développe des recherches sur ces différents aspects.
Enfin récemment, l'INRA a adapté une technique qui permet de détecter la présence de matériel végétal génétiquement modifié dans des graines et des produits transformés, dans la mesure où ces produits peuvent encore contenir de l'ADN fonctionnel. Sa première application a porté sur du maïs et du "corn gluten feed" (sous produit de l'amidonnerie du maïs, riche en protéines et utilisé en alimentation animale) obtenus à partir d'un mélange de maïs transgénique résistant à la pyrale et de maïs classique.
Tous ces travaux sont menés dans le respect des réglementations françaises et européennes relatives à la création d'OGM, à leur utilisation en milieu confiné dans les laboratoires, à leur dissémination dans l'environnement (champs) et à l'utilisation des nouveaux aliments et ingrédients alimentaires. En France, deux commissions nationales, la Commission de Génie Génétique (CGG) et la Commission du Génie Biomoléculaire (CGB), sont responsables du respect de ces réglementations par les laboratoires. Tous les essais en champs de plantes transgéniques sont ainsi examinés et doivent obtenir l'aval de la CGB. D'autres commissions interviennent dans l'évaluation des OGM : l'avis du Conseil Supérieur d'Hygiène Public de France est obligatoirement recueilli lorsque l'existence d'un risque éventuel pour la santé publique lié à la consommation des produits provenant d'OGM est signalée par la CGB. Dans le domaine de l'alimentation animale, c'est la Commission Interministérielle et Interprofessionnelle de l'Alimentation Animale qui peut être consultée. Certains chercheurs de l'INRA participent en tant qu'experts à ces commissions, ainsi qu'aux commissions scientifiques de l'Union européenne chargées de ces questions.
L'INRA estime indispensable de poursuivre activement les recherches sur la transgenèse car elles ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes pour la compréhension du vivant et l'amélioration des plantes. Dans ce cadre, des recherches sur l'évaluation des plantes transgéniques s'imposent. Les questions posées par les professionnels, les consommateurs et les environnementalistes doivent en effet trouver des réponses totalement fiables. Que les usages envisagés soient alimentaires, médicaux ou industriels, l'INRA entend contribuer à apporter au cas par cas des réponses précises et validées qui permettent à chacun d'apprécier les évolutions nécessaires. Avenir agroéconomique des filières utilisant des OGM, ou n'en utilisant pas, garantie de sécurité alimentaire et de qualité, respect de l'équilibre naturel et protection de l'environnement, tels sont les enjeux qui doivent être pris en compte dans leur globalité et avec lucidité.
ADN : acide désoxyribonucléique, constituant essentiel des chromosomes.
Clonage : opération consistant à isoler un fragment d'ADN et à le reproduire en grand nombre.
Enzyme : protéine indispensable à la réalisation d'une réaction biochimique dans les cellules. Les enzymes ont des activités qui leur sont propres : inhiber, déclencher ou accélérer des réactions, couper ou lier des molécules, ...
Enzyme de restriction : enzyme bactérienne qui coupe la chaîne d'ADN en un site précis.
Gène : segment d'ADN qui code une protéine et l'ensemble des séquences régulatrices, constituant ainsi une unité d'information génétique.
Génome : ensemble des gènes contenus dans chaque cellule de tout être vivant, patrimoine génétique héréditaire.
OGM : organisme génétiquement modifié. C'est un organisme transgénique. Il peut s'agir de n'importe quel organisme vivant (plante, micro-organisme, animal ...).
Plante transgénique : plante dans laquelle on a introduit un gène par génie génétique .
Plasmide : molécule d'ADN circulaire présente chez les bactéries, capable de se répliquer de façon autonome dans une cellule hôte.
Transgène : gène introduit dans le génome d'un organisme par génie génétique.
Mise en ligne : le 3 Avril 1997
URL : http://www.inra.fr/ACTUALITES/DOSSIERS/ogm.html
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