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Plantes Génétiquement Modifiées

2. Comment les biotechnologies peuvent-elles s’appliquer à l’agriculture ?

  • 2.1 Que sont les gènes ?
  • 2.2 Que peut-on retirer de l’étude des caractéristiques génétiques d’une espèce ?
  • 2.3 Que sont les marqueurs moléculaires et comment sont-ils utilisés ?
  • 2.4 Quelles techniques de laboratoires peuvent aider la sélection et la culture ?
  • 2.5 Comment transférer des caractéristiques d’une espèce à une autre ?
  • 2.6 Quelles caractéristiques peuvent être transmises aux plantes ?

2.1 Que sont les gènes ?

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Source de l'image: US DOE
Human Genome Program

L’ADN présent dans toute cellule des organismes vivants renferme le code qui régule tous les processus biologiques.

Les gènes, qui contiennent l’information codée, ne représentent qu’une petite partie de l’ADN d’une cellule. Les cellules utilisent cette information pour produire des protéines qui sont les composants et instruments de base essentiels au bon fonctionnement des processus biologiques.

Le rôle de la partie restante de l’ADN n’est pas encore très clair. L’ADN dans les cellules est généralement organisé par paires de chromosomes correspondants, où un jeu de chromosomes provient de chaque parent. L’ensemble complet des chromosomes d’un organisme, soit l’entièreté de l’information génétique, s’appelle le génome.

Le projet de séquençage du génome humain (Human Genome Sequencing Project) a décodé l’information génétique contenue dans les cellules humaines. Ce projet a développé de nombreuses technologies et méthodes qui peuvent être appliquées à tous les organismes vivants. D’autres projets importants de séquançage du génome s’appuient sur la collaboration internationale pour étudier certaines plantes, comme le riz, considérées comme représentatives de leur groupe biologique. Plus…

2.2 Que peut-on retirer de l’étude des caractéristiques génétiques d’une espèce ?

2.2.1 Les percées les plus remarquables des biotechnologies agricoles proviennent de la recherche sur les mécanismes génétiques qui sous-tendent les caractéristiques ayant une importantes économique, et de la génomique.

La génomique est l’étude de la structure complète du génome. Elle donne des informations sur la structure des gènes et sert donc de base pour comprendre la structure des protéines. Par conséquent, il est possible d’établir un modèle théorique de la biologie d’un organisme à partir d’une liste de ses gènes.

Comparer l’emplacement relatif des gènes sur les chromosomes et les séquences d’ADN dans différents organismes permettra de réduire de façon considérable le temps nécessaire à l’identification et la sélection de gènes potentiellement utiles. Pour la plupart des plantes de cultures, animaux d’élevage et maladies, certaines espèces ont été étudiées en tant qu’espèces modèles parce qu’elles peuvent être utilisées pour comprendre des organismes apparentés. Les connaissances sur les génomes des espèces modèles se développent rapidement. Plus…

2.2.2 Différentes espèces de plantes ont tendance à présenter des structures de génome très similaires en termes de contenu génétique et de l’agencement des gènes le long des chromosomes sont très similaires. Cette similarité porte le nom de « synthénie ». Cela signifie que l’on peut aisément déterminer l’emplacement d’un gène – qui définit des caractéristiques particulières – en comparant un génome à un autre. C’est pourquoi il n’est pas crucial pour notre compréhension d’entreprendre le séquençage complet du génome de toutes les plantes de culture, avec les coûts importants que cela suppose.

Grâce au phénomène de synthénie, on peut désormais transférer tout ce que l’on sait d’une plante de culture du point de vue de la biochimie, de la physiologie et des gènes à d’autres de ces plantes. Cela revêt une importance particulière dans les cas des cultures de peu d'intérêt commercial qui sont utilisées dans l’agriculture de subsistance dans de nombreuses régions du monde. Ces cultures n’ont pas attiré les fonds pour la recherche que le blé, le riz et le maïs ont reçu au cours du siècle dernier. Plus…

2.3 Que sont les marqueurs moléculaires et comment sont-ils utilisés ?

2.3.1 Les marqueurs moléculaires sont des fragments d’ADN bien particuliers qui peuvent être identifiés au sein du génome complet. On trouve ces marqueurs à des endroits bien précis du génome. Ils sont utilisés pour signaler la position d’un gène spécifique ou l’héritage d’une caractéristique particulière. Dans un croisement génétique, les caractéristiques d’intérêt resteront généralement liées au marqueurs moléculaires. On peut donc sélectionner les individus dans lesquels le marqueur moléculaire est présent étant donné que ce marqueur indique la présence de la caractéristique recherchée. Plus…

2.3.2 On peut utiliser les marqueurs moléculaires pour sélectionner des spécimens de plantes ou d’animaux portant des gènes qui influent sur des traits économiquement importants tels que le rendement en fruits, la qualité du bois, la résistance aux maladies, la production de lait et de viande, ou la graisse corporelle. Mesurer de telles caractéristiques au moyen de méthodes conventionnelles est bien plus difficile, coûteux, et nécessite plus de temps puisque cela requiert que l’organisme grandisse jusqu’à maturité. Plus…

2.3.3 Les marqueurs moléculaires ont été utilisés pour sélectionner des spécimens de plantes afin de créer des variétés de mil chandelle résistantes au mildiou. Le mil chandelle est une plante cultivée pour ses céréales alimentaires et sa paille dans les zones les plus chaudes et les plus sèches d'Afrique et d'Asie. Plus…

2.3.4 Les marqueurs moléculaires sont utiles pour mesurer l’étendue de la variation au niveau génétique tant au sein d'une population qu'entre différentes populations. Cela permet d'orienter les activités de conservation génétique pour l’agriculture et l’élevage ainsi que la gestion des forêts et de la pêche.

Les enquêtes à l’échelle mondiale indiquent par exemple que 40% des variétés d’animaux d’élevage sont menacées d’extinction. La plupart de ces races ne sont présentes que dans les pays en développement et, bien souvent, on ne sait pas grand-chose d'elles ou de leur potentiel d'amélioration. Elles contiennent peut-être de précieux gènes capables de conférer des caractéristiques avantageuses, comme la résistance aux maladies, qui pourraient s'avérer utiles pour les générations futures. Les biotechnologies modernes peuvent contribuer à freiner la tendance à la perte de diversité génétique dans les secteurs de l'alimentation et de l'agriculture. Plus…

2.3.5 Les marqueurs moléculaires ont été largement utilisés pour identifier les caractéristiques génétiques d’organismes et pour obtenir leur «empreinte génétique». Une telle connaissance peut s’avérer très importante en matière de gestion des forêts, de conservation d’espèces en danger ainsi que d’élevage et de traçage d’animaux d’élevage. Plus…

2.4 Quelles techniques de laboratoires peuvent aider la sélection et la culture ?

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Recherche sur le blé (Indian Agricultural Research Institute)
Source: FAO

2.4.1 Les jardiniers créent couramment de nouvelles plantes simplement en plantant des boutures de plantes existantes. La micropropagation, qui crée des plantes à partir de petits échantillons de plantes cultivés dans des éprouvettes, est simplement une variante plus sophistiquée et efficace de cette technique.

Il s’agit là, bien souvent, d’un moyen très efficace de produire un grand nombre de plantes presque identiques à partir d’une plante présentant les caractéristiques voulues. Cette technique est fort utilisée dans des centaines de laboratoires à travers le monde, notamment pour générer des plants de bananiers exempts de maladies, et elle pourrait potentiellement s’appliquer à la foresterie. Plus…

2.4.2 Pour la sélection in vitro, on cultive des cellules de plantes en laboratoire dans des conditions défavorables. Cela permet par exemple de sélectionner des cellules résistantes aux maladies ou tolérantes aux herbicides, aux métaux, au sel, ou encore aux basses températures, avant de faire pousser la plante toute entière. Toutefois, l’usage de la sélection in vitro reste peu utile pour certaines caractéristiques comme la qualité du bois ou la forme du tronc des arbres des forêts, ces caractéristiques n’apparaissant qu’une fois les plantes pleinement développées. Plus…

2.5 Comment transférer des caractéristiques d’une espèce à une autre ?

Le génie génétique se distingue de l’amélioration conventionnelle des plantes. Dans un croisement classique des plantes, la moitié des gènes d’un individu provient de chaque parent tandis qu’avec le génie génétique, un ou plusieurs gènes spécifiquement sélectionnés sont ajoutés au génome de la plante.

De plus, l’amélioration conventionnelle des plantes peut seulement combiner des plantes étroitement apparentées. Le génie génétique permet le transfert de gènes entre des organismes entre lesquels aucun croisement n’est normalement possible parce qu'ils ne sont pas génétiquement compatibles. Les gènes transférés sont appelés transgènes. Ils peuvent provenir d’une autre espèce de plantes ou même d’un organisme totalement différent (comme de bactéries, par exemple). Ces transgènes sont ensuite reproduits et hérité de la même manière que les gènes de plantes naturels.

La modification génétique de plantes utilise habituellement un type de bactéries ayant la capacité naturelle de transférer de l’ADN à certaines plantes.

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Vue d’ensemble de la façon dont les cultures transgéniques sont obtenues. Source: www.kensbiorefs.com/MolecularGen.html 
(Transgenic Plants - Basic procedure)

Quand la bactérie infecte la plante, elle pénètre dans ses cellules et transfère l’ADN modifié à la plante.

On peut également introduire l’ADN par des moyens physiques. Transporté sur des particules microscopiques de tungstène et d’or, l’ADN est littéralement propulsé dans le noyau de la plante, grâce à un « pistolet àgènes». Une fois que l’ADN atteint le noyau de la cellule , il s’insère au hasard dans l’un des chromosomes hôtes et peut exprimer la caractéristique voulue. On fait ensuite pousser la plante génétiquement modifiées à partir de la cellule transformée.

Le génie génétique a permis d’introduire un certain nombre de caractéristiques intéressantes d’un point de vue économique. La plupart des plantes de culture génétiquement modifiées utilisées jusqu’à présent ont des transgènes qui leur offre une résistance à des herbicides ou insectes. Afin d’améliorer la production agricole et la gestion des sols, la recherche se penche actuellement sur la façon d’élargir la gamme de caractéristiques transgéniques de sorte à inclure la résistance à la sécheresse, à la chaleur, au froid, à l’acidité des sols ainsi qu’aux métaux lourds. Ces caractéristiques augmenteront la gamme de sols et de conditions climatiques capables de supporter l’agriculture. Plus…

2.6 Quelles caractéristiques peuvent être transmises aux plantes ?

2.6.1 Les plantes trangéniques peuvent fournir de la nourriture plus riche en éléments nutritifs. Le riz transgénique « Golden », par exemple, contient deux gènes de jonquille et un d’une bactérie qui, ensemble, mènent à des niveaux plus élevés de provitamine A.

Un autre projet consiste à produire du riz présentant des niveaux plus élevés de provitamine A, de protéines et de fer. La « protato » est une pomme de terre génétiquement modifiée contenant plus de protéines que la normale parce qu’elle porte un gène de l’amarante, une plante comestible d’Amérique du sud. En Inde, où la pomme de terre constitue l’aliment de base des pauvres, la protato pourrait augmenter l’accès à certains acides aminés essentiels. Les opposants à ce projet argumentent que les pommes de terre ne contiennent que peu de protéines à la base, et que, dès lors, même si l’on double leur teneur en protéines, cela ne contribuerait que faiblement à résoudre le problème de la malnutrition en Inde.

D’autres projets visent à produire des huiles de plantes contenant moins d’acides gras indésirables ou à réduire les allergènes dans des aliments communs tels que les cacahuètes, le soja et les céréales. Les arbres ayant une plus faible teneur en lignine seraient utiles pour l’industrie papetière et diminueraient la quantité de substances chimiques polluantes utilisées dans les processus de production. Plus…

2.6.2 Dans plus de 30% des terres agricoles, principalment dans les pays en voie de développement, la présence d’aluminium dans le sol sous une certaine forme peut limiter la croissance des plantes. Afin de prévenir ces effets néfastes, l’approche habituelle consiste à ajouter de la chaux au sol afin d’en réduire l’acidité. Cependant, cette mesure est coûteuse et ses effets sont temporaires étant donné que l’aluminium reste dans le sol.

Une nouvelle approche consiste à développer de nouvelles variétés de plantes qui soient plus tolérantes à l’aluminium. Le seigle par exemple est quatre fois plus résistant à l’aluminium que le blé. On a identifié dans le seigle un gène qui contrôle la tolérance à l’aluminium et sa position sur le génome a été déterminée. Connaître l’emplacement de ce gène dans le génome du seigle peut aider à le localiser dans d’autres plantes de culture comme le blé. Ainsi, au sein d’une même espèce de plantes de culture, des individus plus résistants que d’autres à l’aluminium pourraient être identifiés et sélectionnés en vue d’être cultivés. Sinon, il est aussi possible de transférer le gène du seigle à d’autres espèces étroitement apparentées comme le blé.

Ces techniques pourraient être appliquées afin d’améliorer de nombreuses caractéristiques d’autres espèces de plantes de culture. Plus…


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