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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 ?
    • 2.2.1 La génomique
    • 2.2.2 La synthénie c'est la vie!
  • 2.3 Que sont les marqueurs moléculaires et comment sont-ils utilisés ?
    • 2.3.1 Les marqueurs moléculaires
    • 2.3.2 La sélection assistée par marqueurs
    • 2.3.3 Marqueurs moléculaires et sélection assistée pour le mil chandelle en Inde
    • 2.3.4 Mesure et conservation de la diversité génétique
    • 2.3.5 Vérification du génotype
  • 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 ?
    • 2.6.1 Améliorer la teneur en nutriments
    • 2.6.2 Agriculture sur sols acides: améliorer la tolérance des céréales à l'aluminium

2.1 Que sont les gènes ?

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

 

ENCADRÉ 4
ADN en bref
Tous les organismes vivants sont constitués de cellules qui sont programmées par du matériel génétique appelé acide désoxyribonucléique (ADN). Seule une petite partie de la chaîne d'ADN est effectivement constituée de gènes qui, à leur tour, codent pour des protéines, et la partie restante de l'ADN représente des séquences non codantes dont le rôle n'est pas encore clairement établi. Le matériel génétique est organisé en paires de chromosomes. Par exemple, il y a cinq paires de chromosomes dans l'espèce de moutarde Arabidopsis thaliana, très étudiée. L'ensemble des chromosomes d'un organisme est appelé le génome. Le projet de séquençage du génome humain a fourni à la communauté des chercheurs agricoles non seulement un grand nombre de technologies secondaires qui peuvent être appliquées à tous les organismes vivants, mais encore un modèle de collaboration internationale pour la gestion de vastes projets de séquençage du génome de plantes types telles qu'Arabidopsis et le riz.

On peut rafraîchir ses connaissances en matière d'ADN, de génétique et d'hérédité, en consultant le site Web interactif www.dnafromthebeginning.org , élaboré par le laboratoire de Cold Spring Harbor aux États-Unis, où la plus grande partie des travaux complètement nouveaux de génétique et de génie génétique ont été effectués.

 

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Encadré 4

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

    • 2.2.1 La génomique
    • 2.2.2 La synthénie c'est la vie!

2.2.1 La génomique

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Les percées les plus remarquables des biotechnologies agricoles sont dues aux recherches sur la structure du génome et sur les mécanismes génétiques qui sous-tendent les caractéristiques importantes au plan économique (encadré 4). La génomique, discipline qui progresse à grands pas, fournit des informations sur l'identité, l'emplacement, l'impact et la fonction des gènes qui ont une incidence sur ces caractéristiques - autant de connaissances qui vont de plus en plus guider l'application des biotechnologies dans tous les secteurs agricoles. La génomique jette les bases des sciences qui lui succéderont, notamment des disciplines nouvelles telles que la protéomique et la métabolomique qui livrent des connaissances sur les structures génique et protéique ainsi que sur leurs fonctions et interactions. Ces disciplines visent une compréhension systématique de la biologie moléculaire des organismes en vue de leur utilisation pratique.

Une palette très vaste de technologies et de matériels nouveaux est élaborée à un rythme rapide pour générer et traiter les informations sur la structure et la fonction des systèmes biologiques. Le terme bioinformatique renvoie à l'utilisation et à l'organisation de ces informations. Les progrès de la bioinformatique permettent de prévoir la fonction génique à partir de données sur la séquence génique: ainsi, à partir de la liste des gènes d'un organisme, on pourra élaborer le cadre théorique de sa biologie. La comparaison des cartes physiques et génétiques et des séquences d'ADN de différents individus permettra de réduire sensiblement le temps requis pour identifier et sélectionner les gènes potentiellement utiles.

L'élaboration de cartes génétiques indiquant l'emplacement précis et les séquences de gènes montre clairement que même des génomes apparentés de manière distante ont des caractéristiques en commun (encadré 5). La génomique comparative aide à comprendre de nombreux génomes en se fondant sur l'étude intensive de certains d'entre eux. Ainsi, la séquence génomique du riz est utile pour l'étude du génome d'autres céréales dont il partage certains traits en fonction de leur degré de parenté, tandis que les génomes de la souris et du paludisme fournissent des modèles pour le bétail et certaines des maladies qui le frappent. Il existe désormais des espèces modèles pour la plupart des types de cultures, d'animaux d'élevage et de maladies, et les connaissances sur leurs génomes s'enrichissent très rapidement.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Sous-section La génomique

2.2.2 La synthénie c'est la vie!

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

 

ENCADRÉ 5
La synthénie c'est la vie!
La synthénie décrit la conservation et la cohérence du contenu et de l'ordre des gènes le long des chromosomes de différents génomes végétaux. Jusqu'à la fin des années 80, nous imaginions que chaque plante cultivée avait sa propre carte génétique. Ce n'est que lorsque nous avons été capables de dresser les premières cartes moléculaires, en utilisant une technique appelée «polymorphisme de la longueur des fragments de restriction» (PLFR) que nous avons commencé à entrevoir que les espèces apparentées avaient des cartes génétiques qui se ressemblaient étonnement. Les premières expériences ont démontré la conservation, sur quelques millions d'années d'évolution, de relations de synthénie entre la pomme de terre et la tomate dans les plantes à feuilles larges et entre les trois génomes du blé panifiable dans les graminées. Plus tard, nous avons été en mesure de démontrer que les mêmes analogies étaient présentes pour les génomes du riz, du blé et du maïs, qui étaient séparés par quelque 60 millions d'années d'évolution. Le diagramme résume cette recherche et montre en une seule carte que 70 pour cent des ressources alimentaires mondiales sont liées. Les 12 chromosomes du riz peuvent être alignés avec les 10 chromosomes du maïs et les sept chromosomes de base du blé et de l'orge de telle façon que tout rayon tracé autour des cercles passera pas différentes versions, connues sous le nom d'allèles, des mêmes gènes.

La découverte de la synthénie a des répercussions énormes sur la façon dont nous envisageons la génétique végétale. Il y a des applications évidentes pour des études de l'évolution; par exemple, les flèches blanches sur les cercles du blé et du maïs décrivent les translocations chromosomiques au cours de l'évolution qui caractérisent les groupes de graminées Pooideae et Panicoideae. Il y a de grandes possibilités de prévoir la présence et le locus d'un gène dans une espèce à partir de ce que nous savons au sujet d'une autre espèce. Maintenant que nous avons la séquence complète d'ADN du riz, nous pouvons identifier et isoler des gènes essentiels d'espèces à génome de grandes dimensions difficiles à traiter telles que le blé et l'orge en prévoyant que les mêmes gènes seront présents dans le même ordre que dans le riz. Les principaux gènes de la résistance aux maladies et de la tolérance aux sols acides ont récemment été isolés de cette façon dans l'orge et dans le seigle. Pour la sélection végétale pratique, la connaissance de la synthénie permet aux obtenteurs d'accéder à tous les allèles, par exemple dans toutes les céréales plutôt que dans l'espèce seulement sur laquelle ils sont en train de travailler. Un premier exemple important de cela est le transfert au riz des gènes du nanisme du blé qui ont permis la Révolution verte. Dans ces expériences, le gène a été localisé dans le riz par synthénie et isolé puis modifié par altération de la séquence de l'ADN qui caractérisait les gènes du blé avant de replacer le gène modifié dans le riz. Cette approche peut être appliquée à n'importe quel gène de toute céréale, y compris les cultures dites «orphelines» qui n'ont pas bénéficié des montants consacrés pendant le siècle écoulé à la recherche sur les trois principales cultures - blé, riz et maïs. La principale conséquence est cependant que nous pouvons maintenant mettre en commun nos connaissances en biochimie, physiologie et génétique et les transférer d'une plante cultivée à l'autre grâce à la synthénie.

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Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Encadré 5

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

    • 2.3.1 Les marqueurs moléculaires
    • 2.3.2 La sélection assistée par marqueurs
    • 2.3.3 Marqueurs moléculaires et sélection assistée pour le mil chandelle en Inde
    • 2.3.4 Mesure et conservation de la diversité génétique
    • 2.3.5 Vérification du génotype

2.3.1 Les marqueurs moléculaires

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Tout programme avisé de sélection, d'amélioration et de conservation doit impérativement reposer sur des informations fiables quant à la distribution de la variation génique. La variation génique d'une espèce ou d'une population peut être observée sur le terrain ou en étudiant les marqueurs moléculaires et autres en situation de laboratoire. L'association des deux démarches est nécessaire pour obtenir des résultats fiables. Les marqueurs moléculaires sont des séquences d'ADN identifiables, situées à des emplacements spécifiques du génome, et associés à la transmission d'une caractéristique ou d'un gène lié. Les marqueurs moléculaires servent: (a) à la sélection assistée par marqueurs, (b) à la compréhension et à la conservation des ressources génétiques; et (c) à la vérification du génotype. Ces activités sont essentielles pour l'amélioration génétique des cultures, des essences forestières, des animaux et des poissons d'élevage.

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Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Sous-section Les marqueurs moléculaires

2.3.2 La sélection assistée par marqueurs

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Les cartes de liaison génique peuvent être utilisées pour localiser et sélectionner les gènes qui affectent les caractéristiques d'importance économique dans les plantes ou les animaux. Les avantages potentiels de la sélection assistée par marqueurs sont plus importants pour les caractéristiques contrôlées par de nombreux gènes, comme la production de fruits, la qualité du bois, la résistance aux maladies, la production de lait et de viande, ou encore l'adiposité, qui sont difficiles et coûteuses à mesurer et nécessitent beaucoup de temps. Les marqueurs peuvent aussi être utilisés pour accélérer ou améliorer l'introduction de nouveaux gènes d'une population à l'autre, par exemple quand on souhaite introduire des gènes de parents sauvages dans des variétés végétales modernes. Lorsque la caractéristique désirée est localisée dans la même espèce (telles que deux variétés de millet - encadré 6), elle peut être transférée au moyen des méthodes classiques de sélection, les marqueurs moléculaires étant alors utilisés pour déceler le gène désiré.

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Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Sous-section La sélection assistée par marqueurs

2.3.3 Marqueurs moléculaires et sélection assistée pour le mil chandelle en Inde

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

 

ENCADRÉ 6
Marqueurs moléculaires et sélection assistée par des marqueurs pour le mil chandelle en Inde
Le mil chandelle est une céréale cultivée pour ses graines vivrières et sa paille dans les zones les plus chaudes et les plus sèches de l'Afrique et de l'Asie où l'agriculture pluviale et l'aridoculture sont pratiquées. Il est analogue au maïs par son comportement de reproduction. Les variétés traditionnelles des agriculteurs sont à pollinisation libre et exogames et changent donc constamment. On a mis au point des variétés hybrides génétiquement uniformes qui offrent un potentiel de rendement plus élevé mais sont plus sensibles à une maladie appelée mildiou duveteux. En Inde, le mil chandelle est cultivé sur quelque 9 millions d'hectares et plus de 70 pour cent de cette superficie sont ensemencés en ces cultivars hybrides. Depuis que les hybrides de mil chandelle ont été cultivés pour la première fois à la fin des années 60, toutes les variétés nouvelles qui étaient appréciées des agriculteurs ont fini par succomber à une épidémie de mildiou duveteux. Malheureusement, au moment où les agriculteurs les plus démunis d'une région donnée décident d'adopter une variété particulière, ses jours sont généralement comptés.

L'Institut international de recherche sur les cultures des zones tropicales semi-arides (ICRISAT) souhaitait réduire les risques liés à l'adoption d'hybrides de mil chandelle à rendement élevé et étendre la durée économique utile de ces variétés, en particulier pour les producteurs pauvres. Les biotechnologies nous ont aidé à y parvenir. Grâce aux outils du John Innes Centre et à l'appui du Programme de recherche phytologique du Ministère du développement international (DFID), nous avons mis au point et appliqué des outils de génétique moléculaire pour le mil chandelle. Nous avons cartographié les régions génomiques du mil chandelle qui contrôlent la résistance au mildiou duveteux, le potentiel de rendement en paille et le rendement en grains et en paille en situation de sécheresse. Ensuite, nos spécialistes de la sélection du mil ont utilisé la sélection classique et la sélection assistée par des marqueurs pour transférer plusieurs régions génomiques conférant une résistance améliorée au mildiou duveteux aux deux lignées parentales consanguines de sélection avancée de l'hybride apprécié HHB 67. Nous avons ensuite utilisé la sélection assistée par les marqueurs pour obtenir deux nouvelles variétés - ICMR 01004 et ICMR 01007 - avec deux groupes de gènes différents de résistance au mildiou duveteux

Ces variétés ont donné des résultats au moins aussi bons que leurs lignées parentales pour le rendement en grains et en paille et sont sensiblement et nettement améliorées au point de vue de la résistance au mildiou duveteux. Elles ont également plusieurs caractères favorables, notamment la masse de 1 000 grains, la longueur du panicule, la hauteur de la plante et la résistance à la rouille. Les hybrides obtenus par croisement avec ICMR 01004 et ICMR 01007 ont été récemment mis à disposition pour des essais dans les États indiens du Gujarat, du Radjasthan et de l'Haryana dans le cadre du Projet indien d'amélioration coordonnée du mil chandelle. Ils avaient été précédemment évalués avec succès en 2002, et avaient fait preuve d'une légère supériorité du rendement en grains et d'une résistance bien meilleure au mildiou duveteux que HHB 67, tout en conservant le caractère hâtif pour lequel il est très apprécié.

L'un au moins de ces deux hybrides pourrait être mis en circulation pour remplacer HHB 67 avant que celui-ci ne succombe (ce qui est certain) à une épidémie de mildiou duveteux. Étant donné que HHB 67 est très largement cultivé par les agriculteurs pauvres en Inde, si son remplacement en temps utile pouvait empêcher ce type d'épidémie pendant une année, les pertes évitées dépasseraient la valeur totale de l'appui financier à la recherche assuré par le Ministère du développement international pour l'élaboration et l'application des outils de génétique moléculaire pour le mil chandelle (3,1 millions de livres sterling à ce jour). Tous les avantages futurs de cette recherche effectuée par l'ICRISAT, par ses partenaires financés par le Ministère du développement international au Royaume-Uni et les partenaires du programme national qui collaborent en Inde peuvent être considérés comme des profits pour l'ensemble de la société.

 

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Encadré 6

2.3.4 Mesure et conservation de la diversité génétique

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Les marqueurs moléculaires grâce auxquels on mesure l'ampleur de la variation génique, tant au sein d'une population qu'entre plusieurs d'entre elles, permettent d'orienter utilement les activités de conservation génétique et l'élaboration de populations d'amélioration pour l'agriculture, l'élevage, la foresterie et la pêche. Les études réalisées sur des poissons et des essences forestières au moyen de ces technologies ont mis en évidence une forte variation génique, à la fois au sein des populations et entre elles. Les animaux d'élevage sont caractérisés par une variation génique importante au sein des populations, tandis que les cultures se distinguent davantage par de fortes variations entre les différentes espèces. Les données fournies par d'autres modes d'investigation, comme les observations de terrain, sont souvent incapables de fournir ce genre d'informations ou alors, avec de grandes difficultés.

On utilise de plus en plus souvent les marqueurs moléculaires pour étudier la distribution et les schémas de diversité génétique. Les enquêtes effectuées dans le monde montrent par exemple que 40 pour cent des races d'élevage existantes sont menacées d'extinction. Or, la plupart d'entre elles ne sont présentes que dans les pays en développement et, dans bien des cas, on ne sait pas grand-chose d'elles ou de leur potentiel d'amélioration. Elles contiennent peut-être des gènes capables de favoriser une adaptation ou une résilience aux stress - comme la tolérance à la chaleur ou la résistance à la maladie - qui pourraient s'avérer utiles pour les générations futures. Les biotechnologies modernes peuvent contribuer à freiner la tendance à l'érosion génétique dans tous les secteurs de l'alimentation et de l'agriculture.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Sous-section Mesure et conservation de la diversité génétique

2.3.5 Vérification du génotype

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Les marqueurs moléculaires sont très fréquemment employés pour l'identification des génotypes et la détermination de l'«empreinte génétique» des organismes. Ces prises d'empreintes génétiques ont été utilisées dans des programmes très pointus de sélection d'arbres où il est impératif d'identifier correctement les clones en vue des programmes de propagation à grande échelle. Les marqueurs moléculaires ont aussi servi à l'identification d'espèces marines menacées qui sont capturées par accident par des unités de pêche isolées ou, intentionnellement, dans le cadre d'activités de pêche illicite. La vérification du génotype est utilisée de façon intensive dans les tests d'ascendance des animaux domestiques et pour le traçage des produits d'élevage dans la chaîne alimentaire, afin de remonter jusqu'à l'exploitation et à l'animal d'origine.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Compréhension, caractérisation et gestion des ressources génétiques
Sous-section Vérification du génotype

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

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Outre la sélection assistée par marqueurs décrite ci-dessus, diverses biotechnologies sont utilisées pour la sélection et la reproduction des cultures et des arbres. Eles sont souvent associées l'une à l'autre et couplées aux méthodes de sélection classiques.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres

2.4.1 Micropropagation

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

La micropropagation consiste à prendre de petits morceaux de tissu végétal, ou des structures complètes telles que des bourgeons, et à les cultiver dans des conditions artificielles pour élaborer des plants entiers. Elle est particulièrement utile pour préserver des plantes jugées précieuses, cultiver des espèces à croissance délicate (comme de nombreux arbres), accélérer la sélection végétale et fournir une quantité abondante de matériel végétal à la recherche. Pour les plantes cultivées et les espèces horticoles, la micropropagation est désormais à la base d'un important secteur commercial qui compte des centaines de laboratoires dans le monde. Outre les avantages qu'elle présente du fait de la rapidité de propagation, cette technologie permet aussi de produire du matériel végétal exempt de maladies (encadré 7), notamment lorsqu'on l'associe aux kits de diagnostic pour le dépistage des maladies. On a entrepris des essais visant à développer l'application de la micropropagation en foresterie. Par comparaison avec la multiplication végétative par bouturage, les taux de multiplication plus importants obtenus par la micropropagation permettent une diffusion plus rapide du matériel végétal bien que l'augmentation des coûts et l'insuffisance des clones recherchés freinent son adoption généralisée.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres
Sous-section Culture cellulaire et tissulaire et micropropagation

 

ENCADRÉ 7
Micropopagation de bananiers exempts de maladie au Kenya
Les bananiers sont généralement cultivés dans les pays en développement où ils constituent une source d'emplois, de revenus et d'aliments. La production bananière est en baisse dans de nombreuses régions du fait de problèmes d'organismes nuisibles et de maladies qui ne peuvent pas être résolus par la lutte agrochimique pour des raisons de coûts et d'effets négatifs sur l'environnement. Le problème est aggravé par le fait que le bananier est reproduit par clonage, de sorte que les plantes malades utilisées pour la reproduction donnent naissance à des plantes malades.

La micropropagation constitue un moyen de régénérer des plantules de bananiers exempts de maladies obtenues à partir de tissu sain. Au Kenya, on a réussi à effectuer des cultures de tissus de pointes végétatives de bananiers. La pointe végétative initiale subit un traitement thermique pour détruire les organismes qui l'infectent et est utilisée ensuite pendant de nombreux cycles de régénération pour produire des plantes. Une seule section de tissu peut produire jusqu'à 1 500 nouvelles plantes en 10 cycles de régénération.

La micropropagation du bananier a eu des répercussions énormes au Kenya et dans beaucoup d'autres pays, contribuant à améliorer la sécurité alimentaire et à créer des revenus. Elle présente tous les avantages d'une technique relativement peu coûteuse et d'application aisée, et qui apporte des avantages environnementaux significatifs.

 

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres
Encadré 7

2.4.2 Sélection in vitro

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

 La sélection in vitro a pour but de sélectionner du matériel génétique en imposant des pressions spécifiques aux cultures tissulaires dans des conditions de laboratoire. De récentes publications signalent des corrélations intéressantes entre les réactions in vitro et l'expression des caractéristiques recherchées sur le terrain, le plus souvent la résistance à la maladie. On obtient également des résultats positifs pour la tolérance aux herbicides, aux métaux, à la salinité et aux faibles températures. S'agissant des critères de sélection généralement importants pour les essences forestières (notamment la vigueur, la forme du tronc et la qualité du bois), le manque de corrélation avec les réponses de terrain fait encore obstacle à la sélection in vitro. Cette méthode pourrait toutefois s'avérer utile dans les programmes de foresterie pour déceler la résistance à la maladie et la tolérance à la salinité, au gel et à la sécheresse.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres Sous-section Sélection in vitro

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

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Le génie génétique permet de transmettre une caractéristique désirée mise en évidence dans un organisme qui n'est pas sexuellement compatible avec l'hôte. Dans le cas des végétaux, la méthode la plus fréquemment employée en génie génétique utilise comme vecteur une bactérie présente dans les sols, Agrobacterium tumefasciens. Les chercheurs introduisent le ou les gènes désirés dans la bactérie, puis infectent la plante hôte. Les gènes désirés sont transmis à l'hôte en même temps que l'infection. Cette méthode est principalement utilisée avec les espèces dicotylédones comme la tomate ou la pomme de terre. Certaines cultures, notamment des espèces monocotylédones comme le blé et le seigle, ne mutent pas aussi naturellement sous l'action de A. tumefasciens, bien que l'on soit récemment parvenu à modifier du blé et d'autres céréales. La technique de transformation la plus communément utilisée consiste à enrober le gène désiré de particules d'or ou de tungstène et on utilise ensuite un «pistolet à gènes» pour propulser le gène dans l'hôte à très grande vitesse.

On distingue trois types distinctifs de cultures génétiquement modifiées: (a) «les transferts distants» où les gènes sont transférés entre des organismes appartenant à des règnes différents (par exemple des bactéries aux plantes); (b) «les transferts proches» où les gènes sont transférés entre deux espèces du même règne (d'une plante à l'autre par exemple); et c) «la manipulation» dans laquelle les gènes déjà présents dans le génome d'un organisme sont manipulés pour modifier le niveau ou schéma d'expression. Une fois le gène transféré, il faut tester la plante pour s'assurer que le gène est correctement exprimé et qu'il reste stable après plusieurs générations. Ce contrôle est généralement plus efficace qu'avec les croisements classiques parce que la nature du gène est connue; des techniques moléculaires permettent alors de déterminer son emplacement dans le génome et un moins grand nombre de modifications génétiques sont nécessaires.

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Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres
Sous-section Génie génétique

2.6 Quelles caractéristiques peuvent être transmises aux plantes ?

    • 2.6.1 Améliorer la teneur en nutriments
    • 2.6.2 Agriculture sur sols acides: améliorer la tolérance des céréales à l'aluminium

2.6.1 Améliorer la teneur en nutriments

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

Pour la plupart, les plantes transgéniques cultivées à ce jour ne comportent qu'un nombre très limité de gènes qui leur confèrent une résistance aux ravageurs et/ou une tolérance aux herbicides (voir le Chapitre 3 pour de plus amples informations sur les cultures transgéniques actuellement étudiées et cultivées commercialement). Toutefois, diverses caractéristiques et cultures transgéniques présentant davantage d'intérêt pour les pays en développement ont été élaborées sans jamais être commercialisées. L'encadré 8 traite d'un projet de recherche visant à améliorer la tolérance du blé à l'aluminium, problème qui touche les sols acides dans de vastes zones d'Amérique latine et d'Afrique. Des travaux analogues sont en cours pour améliorer la tolérance des plantes à d'autres stress comme la sécheresse, la salinité des sols et les températures extrêmes.

Les cultures à valeur nutritionnelle améliorée pourraient jouer un rôle essentiel dans la lutte contre les carences en micronutriments dans les pays en développement. La biofortification et l'élaboration d'aliments à valeur nutritionnelle améliorée pourraient en outre fortement progresser si plusieurs biotechnologies pouvaient être associées. Grâce aux analyses de génome et aux cartes génétiques, on pourra identifier les gènes responsables de la variation naturelle de la teneur en nutriments des aliments communs (tableau 2). Ces gènes pourront alors être transférés dans les cultivars connus par les méthodes de sélection classiques et par sélection assistée par marqueurs, ou par génie génétique en cas d'insuffisance de la variation naturelle au sein d'une espèce. Des méthodes non transgéniques sont d'ores et déjà utilisées pour améliorer la teneur en protéines du maïs, la teneur en fer du riz et la teneur en carotène des patates douces et du manioc.

Tableau 2: Variation génétique des concentrations de fer, de zinc, de bêta-carotène et d'acide ascorbique relevées dans le matériel génétique de cinq aliments de base, en poids sec

On peut aussi avoir recours au génie génétique quand la variation naturelle du nutriment désiré est insuffisante dans une espèce. L'encadré 9 expose le débat que suscite un projet visant à améliorer par génie génétique la teneur en protéines de la pomme de terre. Le riz transgénique Golden, bien connu, contient trois gènes étrangers - deux provenant de la jonquille et un d'une bactérie - qui produisent de la provitamine A (voir l'encadré 13 à la page xx). Les scientifiques ont déjà bien avancé dans l'élaboration d'un riz transgénique «nutritionnellement enrichi» qui contiendra des gènes produisant de la provitamine A, du fer et davantage de protéines (Potrykus, 2003). D'autres aliments nutritionnellement enrichis sont en cours d'élaboration, notamment des huiles contenant moins d'acides gras indésirables. Par ailleurs, des aliments connus pour leur caractère allergène (les crevettes, les arachides, le soja, le riz, etc.) sont modifiés dans le but d'abaisser leur teneur en composés allergisants.

Le manque actuel de connaissances sur le contrôle moléculaire des caractéristiques les plus intéressantes est un facteur technique important qui limite l'application des modifications génétiques aux essences forestières. L'un des premiers essais publié sur des essences forestières génétiquement modifiées a été réalisé en 1988 sur des peupliers en Belgique. Depuis lors, plus de 100 essais ont été publiés sur 24 espèces d'arbres au moins, essentiellement des espèces cultivées pour le bois d'œuvre. Les caractéristiques que l'on a envisagé de modifier génétiquement chez les essences forestières sont notamment la résistance aux insectes et aux virus, la tolérance aux herbicides et la teneur en lignine. La diminution de la teneur en lignine serait particulièrement utile pour les espèces entrant dans la fabrication de pâte à papier car elle permettrait de réduire le volume de produits chimiques utilisés pour sa production.

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres Sous-section Génie génétique

 

ENCADRÉ 9
La «protato»: aide aux plus démunis ou Cheval de Troie?
Les chercheurs de l'Université Jawaharlal Nehru en Inde ont mis au point une pomme de terre génétiquement modifiée qui produit près de un tiers à la moitié de protéines de plus que la pomme de terre classique, et notamment des quantités considérables de tous les acides aminés essentiels tels que la lysine et la méthionine, d'où son nom de «protato». La carence en protéines est courante en Inde et la pomme de terre est l'aliment de base des plus démunis.

La protato a été élaborée par une coalition d'institutions de bienfaisance indiennes, de chercheurs, d'instituts gouvernementaux et du secteur industriel dans le cadre d'une campagne d'une durée de 15 ans de lutte contre la mortalité infantile. La campagne vise à éliminer la mortalité infantile en fournissant aux enfants de l'eau propre, une alimentation améliorée et des vaccins.

La protato comprend un gène provenant de l'amarante, céréale à teneur élevée en protéines originaire d'Amérique du Sud et couramment vendue dans les magasins diététiques occidentaux. La protato a réussi les premiers essais de terrain et les tests de recherche des allergènes et des toxines. L'approbation finale par le Gouvernement indien sera obtenue dans cinq ans au minimum.

Les partisans de cette pomme de terre tels que Govindarajan Padmanaban, biochimiste à l'Institut indien des sciences, font valoir que cette pomme de terre peut fournir un supplément nutritionnel important aux enfants avec un faible risque d'allergie parce que les pommes de terre et l'amarante sont déjà couramment consommées. En outre, il n'y a guère de menace pour l'environnement, car ni les pommes de terre ni l'amarante ont de plantes sauvages apparentées en Inde et cette pomme de terre ne nécessite aucune modification des pratiques habituelles de production. De surcroît, étant donné qu'elle a été mise au point par des chercheurs du secteur public en Inde, il n'est pas à craindre que des sociétés étrangères ne contrôlent cette technologie. Étant donné ces avantages, Padmanaban a fait observer: «Je pense qu'il est moralement impossible de s'y opposer.» (Coghlan, 2003).

Les opposants, tels que Charlie Kronick de Greenpeace, font valoir que les pommes de terre sont naturellement très pauvres en protéines (environ 2 pour cent) de sorte que, même si l'on double la teneur en protéines, on n'obtient qu'une contribution négligeable au problème de la malnutrition de l'Inde. Il déclare que l'effort de mise au point de cette pomme de terre visait davantage à obtenir l'acceptation par le public du génie génétique qu'à s'attaquer au problème de la malnutrition: «La cause de la faim n'est pas le manque de nourriture. C'est le manque de liquidités et d'accès à la nourriture. La création de ces cultures génétiquement modifiées sert à susciter l'intérêt du public à leur égard, alors qu'en réalité l'utilité de les consommer est pratiquement nulle. Je vois mal comment cette pomme de terre à elle seule pourrait changer quelque chose à la pauvreté.» (Charles, 2003).

 

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres Encadré 9

2.6.2 Agriculture sur sols acides: améliorer la tolérance des céréales à l'aluminium

Le document source utilisé pour ce Dossier dit:

 

ENCADRÉ 8 Agriculture sur sols acides: amélioration de la tolérance des céréales à l'aluminium
L'aluminium présent dans les sols acides limite la croissance végétale sur plus de 30 pour cent de l'ensemble des terres arables, principalement dans les pays en développement. Il existe deux méthodes pour accroître la production végétale dans les sols acides. De la chaux peut être ajoutée au sol pour accroître le pH, mais il s'agit d'une mesure coûteuse et temporaire. Sinon, des cultivars génétiquement améliorés, tolérants à l'aluminium, peuvent être élaborés. Les cultivars existants de blé ne contiennent pas de variation génétique importante pour accroître la tolérance à l'aluminium. Une tolérance améliorée devra être introduite dans le blé à partir de pools de gènes d'espèces apparentées plus tolérantes. Une carte des liaisons génétiques du blé a été élaborée à l'aide des marqueurs disponibles pour le gène existant de tolérance à l'aluminium.

Le seigle est quatre fois plus tolérant à l'aluminium que le blé. Par conséquent, un gène de la tolérance du seigle à l'aluminium a été caractérisé. Les marqueurs du blé, de l'orge et du riz ont été utilisés pour établir une liaison étroite, définir les régions avoisinant le gène du seigle et dresser une carte génétique à haute résolution. Un gène candidat possible a été utilisé pour l'expression génétique des racines, et pour des études temporelles qui ont montré l'expression dans des racines de seigle uniquement en situation de stress dû à l'aluminium.

Le ciblage du gène de tolérance à l'aluminium est un exemple de l'utilisation d'approches fondées sur les problèmes pour intégrer les outils moléculaires et de sélection afin d'améliorer la production de blé. L'utilisation des liaisons génétiques (synthénie) entre les céréales pour fournir des marqueurs afin d'identifier et de caractériser des caractères à valeur ajoutée permet de dégager des approches complémentaires pour améliorer la production de blé. Les obtenteurs peuvent utiliser les marqueurs avoisinant le gène du seigle dans des programmes de sélection assistée par des marqueurs dans des zones où les OGM ne peuvent pas être cultivés ou bien où seuls des outils de sélection classiques sont disponibles. En outre, ces marqueurs peuvent être utilisés pour le clonage à partir de cartes pour isoler le gène en question pour des approches transgéniques de l'amélioration du blé. Enfin, l'utilisation des liaisons de synthénie offre la technologie permettant de manipuler de nombreux caractères à valeur ajoutée pour l'amélioration des plantes cultivées d'autres espèces.

 

Source & ©: FAO "La situation Mondiales de l'Alimentation el de l'Agriculture 2003-2004"
Chapitre 2: Que sont les biotechnologies agricoles ? 
Section Sélection et reproduction des cultures et des arbres
Encadré 8

Pour plus d'information sur: Voir le rapport de la FAO:
la commercialisation des cultures transgéniques Chapitre 3 , section "La Révolution génétique: un changement de paradigme pour la recherche-développement agricole", sous-section "Commercialisation des cultures transgéniques"
les impacts économiques du riz Golden aux Philippines Chapitre 4 , encadré 13
le coton Bt et les raisons de sa culture Chapitre 4 , encadré 14
l'avantage économique du soja tolérant aux herbicides Chapitre 4 , encadré 15

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