Les perspectives du génie génétique : les plantes modifiées et l'alimentation

Yves CHUPEAU, Laboratoire de Biologie Cellulaire, INRA Versailles

Le génie génétique procure de nouveaux outils d’analyse pour les généticiens et les physiologistes. Il permet de transférer des gènes dans le patrimoine héréditaire d’organismes d’espèces ou de genre différents. Le transfert de gène suscite un certain nombre d’interrogations et alimente un débat passionné, alors que les premières autorisations de mise sur le marché d’Organismes Génétiquement Modifiés sont déjà accordées.

Il semble important de fournir des informations précises favorisant une discussion sur des arguments mieux fondés. La rapidité de transfert à l’industrie fournit l’une des explications au retard relatif des dispositifs réglementaires d’encadrement de l’utilisation du transfert de gènes.

• Bref historique

La découverte dans les années 70 de transferts naturels de gènes chez les bactéries a permis l’essor de la génétique bactérienne et a donné lieu à de nombreuses applications industrielles.

Dès le début des années 80, ces processus de transfert de gènes ont été adaptés aux organismes supérieurs, en particulier chez les plantes du fait de la capacité de régénération des cellules végétales.

La première mise sur le marché d’une plante génétiquement modifiée remonte à 1993 (tomate, U.S.A.).

• Du gène à la protéine

L’identité de chaque être vivant est représentée par l’ensemble de l’information génétique (le patrimoine héréditaire), qui se matérialise par la molécule géante d’ADN ou acide désoxyribonucléique.

Cette macromolécule est elle-même constituée de deux chaînes de molécules, les nucléotides, dont les parties essentielles sont l’une des quatre bases : adénine, thymine, cytosine, guanine. La taille de ces macromolécules est variable selon les organismes, quelques millions de bases pour les bactéries, des milliards pour les plantes et les animaux (laitue 2.109, homme 3.109).

L’information génétique, le code génétique, repose sur l’arrangement de ces bases. Chaque triplet indique l’utilisation d’un acide aminé. Les acides aminés sont les constituants des protéines, dont la grande majorité sont des enzymes. Ces enzymes et leurs régulations assurent le fonctionnement des organismes vivants.

Un gène est une séquence de bases de l’ADN. Il s’exprime par un produit qui correspond le plus souvent à une protéine, de sorte que les triplets successifs de bases de l’ADN sont traduits en séquence de protéine. L’arrangement des acides aminés implique une structure dans l’espace pour la protéine ; cette structure, associée à d’autres éléments de séquences d’acides aminés, joue un rôle prépondérant dans l’activité de l’enzyme.

• Propriétés de l’ADN

. Une remarquable stabilité :

– L’ensemble de l’ADN se réplique fidèlement, avant chaque division cellulaire, pour donner des copies qui se répartissent dans chaque cellule fille. Ce dispositif instaure une transmission de l’ADN la plus homogène possible à toutes les cellules d’un organisme. Par contre, lors des divisions qui conduisent aux cellules sexuelles, des mécanismes de recombinaison entre génomes parentaux assurent la transmission à la descendance d’ADN recombiné (naturellement !).

– Les gènes essentiels, codant les activités du fonctionnement cellulaire, sont quasiment identiques (conservés) chez les bactéries, les plantes et les animaux. On peut dire schématiquement que des gènes d’animaux existent déjà dans les génomes de plantes !

. Une remarquable souplesse :

– Le code génétique est universel, la séquence codante sera traduite de la même façon quelle que soit l’unité de vie dans laquelle on la fait exprimer. Ce qui explique que l’on puisse effectivement faire exprimer des gènes d’origine diverse dans des organismes variés.

– Les gènes ne comportent pas que des séquences codant les protéines fonctionnelles : à proximité se trouvent des séquences régulatrices de l’expression du gène, qui modulent et adaptent l’activité des gènes en fonction des besoins de l’organisme. Ces séquences régulatrices se composent parfois de plusieurs dizaines d’éléments régulateurs, activateurs ou répresseurs. Ces signaux d’expression sont compris ou non par la machinerie cellulaire (fonction des conditions de milieu, de telle ou telle étape du développement, dans tel ou tel organe…). Les séquences régulatrices permettent de cibler précisément l’expression du gène qu’elle dirigent.

– Il est donc possible de faire exprimer un gène bactérien dans une plante, à condition toutefois d’en échanger les séquences régulatrices : la " syntaxe " d’une bactérie n’est pas intelligible par une machinerie de plante…

– Les mécanismes de l’évolution, générateurs de diversité, reposent sur un ensemble de processus qui permettent d’augmenter la quantité d’ADN et de modifier l’organisation du matériel héréditaire. Il faut savoir que l’on détecte des séquences répétées, des erreurs de copie dans tous les génomes et même, des éléments transposables capables de se déplacer , dans l’ensemble de l’ADN et d’engendrer une grande partie des remaniements.

En totale opposition à l’idée tenace de fixité des espèces (héritée des enseignements philosophiques ou religieux ancestraux), la perception de cette souplesse de l’ADN constitue le fondement conceptuel et, dans une certaine mesure, la légitimité biologique du transfert de gènes. Pour toutes les espèces végétales, il est expérimentalement possible de leur transférer les séquences codantes d’une autre plante ou d’un autre organisme (le transgène), et d’en cibler l’expression à l’aide de séquences régulatrices adaptées.

Si les mécanismes d’intégration des transgènes ne sont pas encore totalement élucidés, ils s’apparentent aux processus de réparation et de recombinaison de l’ADN. Il n’y a donc pas de différence entre les mécanismes de transfert de gènes et ceux de la recombinaison propres aux phénomènes naturels de brassage des gènes dus à la sexualité ! Notion fondamentale souvent oubliée. Le transfert de gènes n’induit donc pas de désordre dans l’ADN receveur, sinon de fait il ne fonctionnerait plus ; son développement serait bloqué plus ou moins rapidement, à l’instar des combinaisons non viables résultant de la sexualité.

En outre, pour les plantes transgéniques cultivées qui font l’objet de demandes de mise sur le marché, les vérifications ont été généralement poussées beaucoup plus loin. Les descendants sexués de la plante transformée sont soumis à de longues expérimentations en différents sites et dans des conditions de culture variées. Ces essais, classiques dans tous les programmes de création variétale, visent à s’assurer que la nouvelle variété ne présente pas de modifications insoupçonnées au cours de ces vérifications agronomiques, il va de soi que les caractéristiques alimentaires, de qualité et de sécurité, sont très précisément analysées avant toute autorisation de mise sur le marché.

• Les plantes transgéniques en agriculture

Certaines plantes transgéniques sont en expérimentation contrôlée depuis 1985 (cf. comptes rendus d’activité annuels de la Commission du Génie Biomoléculaire). Le bilan de ces dix ans pour la France (comme d’ailleurs pour les autres pays), fait clairement apparaître trois grandes catégories d’objectifs :

– la création de résistances aux herbicides totaux ;

– la création de résistances aux agents pathogènes et prédateurs des plantes cultivées ;

– la création de caractéristiques diverses, souvent destinées à faciliter le travail des sélectionneurs.

Considérons, à titre d’exemple, la résistance du maïs à un herbicide total le Round up (matière active : glyphosate), proposée par la société Monsanto USA, inventeur du produit.

Le maïs est désherbé de façon sélective par un produit herbicide : l’atrazine (et ses dérivés). Ce produit a également été utilisé comme désherbant total sur d’autres cultures (fruitiers, vignes…).

La capacité de résistance du maïs à l’atrazine est due à un système de détoxication impliquant le gène de la gluthation-S-transférase.

Cette situation est intéressante car, bien que naturelle, elle mime les situations qui résultent des transfert de gènes de résistance. En dépit de l’utilisation répétée de l’atrazine dans le monde entier et depuis plus de quarante ans, et le gène du maïs n’a jamais été transféré à d’autres plantes !

Cependant, cette utilisation a conduit à la sélection de plantes résistantes à l’atrazine, dans pratiquement toutes les familles botaniques (la mutation de résistance concerne dans tous les cas la cible de l’herbicide, une protéine chloroplastique transporteur d’électrons). L’utilisation de l’atrazine se heurte aujourd’hui à deux difficultés, d’une part son inefficacité, du fait des mutations de résistance amplifiées dans les populations de plantes adventices, qui impose de l’utiliser en mélange avec d’autres produits, et, d’autre part, la relative résistance de la molécule d’atrazine qui, non fixée dans les couches superficielles du sol, lui permet d’être entraînée par lessivage pour s’accumuler dans les nappes phréatiques. Ces deux problèmes conduisent aujourd’hui à l’interdiction de l’usage de l’atrazine dans de nombreux pays.

La solution proposée par Monsanto est de transférer au maïs des gènes de bactéries du sol capables de dégrader le glyphosate, ce qui permettrait d’apporter une solution propre au problème du désherbage des cultures de maïs. Sous réserve des vérifications agronomiques à grande échelle, on peut avancer que le désherbage du maïs par le glyphosate constitue un réel progrès non seulement pour les agriculteurs, mais aussi pour la collectivité puisque le glyphosate, utilisé dans le monde entier comme herbicide total, est connu pour sa très faible toxicité et surtout pour être très rapidement dégradé par les bactéries du sol. Ce produit ne présente donc pas les défauts de l’atrazine.

Enfin, s’agissant de maïs, les gènes de résistance ne risquent pas d’être transmis à d’autres plantes, le maïs ne se croisant qu’avec du maïs. Cependant, cette solution ne vaut que pour les plantes d’origine tropicales cultivées en région tempérée et non successivement sur les mêmes parcelles.

Par contre, la création de résistances aux herbicides totaux par transfert des gènes de résistance aux plantes des régions tempérées, et surtout leur utilisation généralisée, s’analysent différemment. En effet, les graines de ces plantes possèdent des mécanismes de dormance qui leur permettent de résister plusieurs années (10, 20 ans, et même davantage pour les graines de betteraves) une fois enfouies dans le sol. Mais surtout, malgré la sélection, ces espèces cultivées n’ont pas assez divergé de leur consoeurs restées " sauvages ", et sont souvent restées capables de se croiser entre elles. Si ces échanges entre cousines éloignées 0– cultivées/non cultivées – ne constituent pas des nouveautés ou des problèmes pour de très nombreux caractères sélectionnés par l’homme, ces échanges génèrent des difficultés de désherbage. Il est déjà, par exemple, très difficile d’éliminer les betteraves sauvages dans un champ de betteraves cultivées. Dans ces conditions, un examen plus approfondi des comportements biologiques de ces plantes (fréquences des croisements, fréquences des hybrides fertiles, fréquences des transferts de gènes à l’espèce sauvage) semble s’imposer avant tout autorisation d’essai en vraie grandeur, voire de mise sur le marché.

Les autres plantes transgéniques en cours d’examen pour d’éventuelles mises sur le marché concernent les résistances aux pathogènes et prédateurs. Il s’agit de dispositifs nouveaux de protection qui font l’objet de nombreux contrôles en laboratoire. Ils n’ont pas, à ce jour, révélé de problèmes particuliers, tant pour les aspects de gestion biologiques que pour la sécurité alimentaire. Cependant, et à la différence des résistances aux herbicides, la validation agronomique complète de ces dispositifs ne peut se faire qu’en situation d’utilisation agronomique vraie. Par exemple, on a rendu le maïs résistant à un papillon parasite (la pyrale) en transférant d’un gène codant une protéine toxique d’une bactérie du sol. Toutes les instances réglementaires ont salué l’intérêt de ces maïs transgéniques car on limite ainsi l’utilisation d’insecticides chimiques. L’autorisation de mise sur le marché s’appuie sur l’ensemble des essais prouvant l’innocuité pour l’alimentation animale et humaine. Les premières années de culture seront mises à profit pour évaluer les impacts de ces maïs, pour détecter des résistances dans différentes populations d’insectes, et pour suivre l’évolution des populations de pyrales. Ils s’agit pour le Ministère de l’agriculture et les organismes professionnels concernés d’être capable de décider de l’intérêt de poursuivre ou non la commercialisation de ces maïs.

D’autres études concernent la création de résistances aux virus. Ces derniers provoquent parfois des pertes importantes, les traitements insecticides sur les insectes vecteurs sont d’une efficacité aléatoire. Dans ces conditions, tout dispositif de protection des plantes contre les virus, biologiquement s ûr et agronomiquement validé, constitue un progrès pour la collectivité.

Il faut remarquer que tous les gènes transférés aux plantes proviennent de bactéries et que contrai-rement aux allégations de certains mouvements alarmistes, il n’existe pas d’allergie connue pour des produits bactériens.

• Perspectives scientifiques

Le rôle irremplaçable du génie génétique dans l’analyse du fonctionnement et de la régulation des grandes fonctions des organismes reste l’idée essentielle. Le transfert de gènes permet aujourd’hui non seulement de vérifier le rôle d’un gène, c’est-à-dire la fonction de produit, mais aussi et surtout d’en étudier la régulation grâce à l’accès aux séquences d’ADN, éventuellement modifiées génétiquement, qui contrôlent l’activité du gène. Souvent présenté comme un outil de génétique et d’amélioration des plantes, le génie génétique est aussi un formidable outil de physiologie.

Ainsi, par exemple, à l’INRA de Versailles, plusieurs équipes s’intéressent à l’analyse de la régulation de l’assimilation du nitrate par les plantes. Tous les gènes codant les protéines de la voie d’assimilation du nitrate sont clonés, les études de régulation sont en cours.

D’autres équipes utilisent le génie génétique pour analyser très précisément les régulations de la fixation symbiotique de l’azote de l’air, de la photo-synthèse, du transport des assimilats, de la maturation des fruits, de l’architecture des plantes…

A terme, ces analyses permettront d’orienter selon les plantes ou les types de production le développement, l’adaptation à telle condition, de culture, la production, et surtout la qualité...

• Conclusion

Le génie génétique procure des facilités techniques nouvelles et puissantes ; il permet de créer des plantes dont certaines caractéristiques ont été modifiées. Cette rapidité rend compte en partie du relatif désarroi que génère l’intrusion des plantes transgéniques dans la vie courante.

Mais le génie génétique ne constitue pas une révolution biologique : les mécanismes de l’évolution ou de la sexualité reposent exactement sur les mêmes processus ; il ne comporte pas d’antinaturel ni d’artificialisation de la nature en lui même.

Il semble vain et dépassé de se cantonner au débat sur l’essence du génie génétique (c’est bien, hélas, ce qu’ont insufflé les directives européennes) ; mieux vaudrait se pencher avec pragmatisme sur les conditions d’utilisation des produits issus du génie génétique. Si l’utilisation d’herbicides en agriculture est un domaine d’activité déjà réglementé, l’émergence rapide des créations de résistances par génie génétique n’a pas donné lieu à la mise en place de dispositifs réglementaires nouveaux, capables d’édicter des règles d’utilisation claires et recevables. On assiste dans ce domaine à un débat d’idées entre les " pour " et les " contre "