Nouvelles techniques de sélection des plantes

Selon les travaux du Centre commun de recherche européen[1] et du Haut Conseil des biotechnologies français[2], l’appellation New Breeding Techniques recouvre l’ensemble des techniques suivantes :

• nucléase à doigt de zinc (ZFN) ;
• nucléases effectrices de type activateur de transcription (TALEN) ;
• CRISPR-Cas9 ;
• mutagénèse dirigée par oligonucléotides ;
• modulation de l’expression des gènes par RdDM (interférence par ARN) ;
• agroinfiltration ;
• greffe (avec emploi d’un greffon et/ou d’un porte-greffe génétiquement modifié) ;
• cisgénèse et intragénèse ;
• biologie de synthèse ;
• méganucléase ;
• sélection inverse.

Certaines de ces techniques ne sont pas spécifiques au domaine végétal, ou ne sont pas réellement nouvelles, à l’exemple de la pratique de la greffe. En outre, ces différentes techniques sont susceptibles d’être utilisées simultanément ou en complément d’autres techniques comme la sélection génomique[2]. Par exemple, la capacité d'Agrobacterium à introduire de nouveaux gènes dans une plante (c'est-à-dire l'agroinfiltration) est utilisée comme vecteur pour l'introduction des nucléases issues de différentes techniques (ZFN, TALEN ou CRISPR-Cas9)[3] - [4].

Les NBT permettent de produire plusieurs types d’effets[5] :

• l’inactivation d’un gène ;
• la modification d’un gène ;
• l’insertion d’un gène.

Les New Breeding Techniques se distinguent par leur capacité à cibler et modifier le génome des plantes[2], et d’obtenir rapidement des variétés stables, à la différence des méthodes classiques de sélection végétale[6] qui procèdent par croisements et qui prennent plusieurs années supplémentaires. Par rapport aux OGM (organismes génétiquement modifiés), les plantes obtenues par les techniques NBT sont réputées se caractériser par l’absence d’ADN étranger[6]. De même, avec l'utilisation des NBT « rien ne permet de différencier une modification naturelle d'une modification volontaire », estime Léon Otten, chercheur à l'Institut de biologie moléculaire des plantes du CNRS. Ainsi, une plante à fleurs sur 20 serait naturellement modifiée par des agrobactéries, qui y insèrent une partie de leurs gènes. Parmi les espèces végétales concernées par ces insertions horizontales de gènes extérieurs, on compte le théier, le houblon, la patate douce, le tabac ou la banane[3] - [7] - [4].

L’utilisation des NBT vise à permettre[6] :

• une action limitée aux gènes d’intérêt ;
• l’absence de recours à de l’ADN étranger ;
• l’édition multiple d’un gène ;
• l’édition simultanée de plusieurs gènes ;
• l’élargissement maîtrisé de la base génétique d’une espèce ;
• le développement de tout trait d’intérêt agronomique ou écologique ;
• la domestication accélérée d'une espèce.

Selon le comité consultatif commun d'éthique de l'INRA, CIRAD et d'Ifremer, « Les risques associés aux nouvelles techniques d’édition du génome sont pluriels et intriqués entre eux : environnementaux, sanitaires, agricoles, économiques, sociaux et politiques. Ceux spécifiquement associés à ces nouvelles techniques sont peu nombreux : principalement le bioterrorisme qui reste toutefois une menace abstraite pour les végétaux. De la sorte, le précédent des plantes génétiquement modifiées (PGM, obtenues par transgenèse) a permis d’investiguer et documenter la plupart des risques environnementaux et sanitaires existants. Pour les risques agricoles, l’édition du génome peut à la fois être un facteur réduisant l’agro-biodiversité mais aussi une solution pour l’enrichir et répondre à de nouveaux enjeux. Dans son 11^e avis, le Comité d’éthique analyse également les risques économiques, sociaux et politiques et relève que différentes interrogations pointent vers une préoccupation commune : faire en sorte que ces nouvelles technologies, associées aux régimes de propriété intellectuelle, ne dépossèdent pas les citoyens de leur capacité d’action sur des objets d’intérêt commun. Ce qui invite à repenser les liens entre techniques et systèmes agricoles[8]. »

Les NBT sont employées dans des recherches visant à développer les résistances des plantes à différentes maladies. Une variété de maïs résistante à la nécrose létale du maïs, destinée à l’Afrique de l'Est, est en cours de création par le CIMMYT en utilisant CRISPR/Cas9[10] - [11]. CRISPR/Cas9 a également été utilisé pour développer la résistance de variétés de tomate et de concombre aux potyvirus, en inactivant un gène utilisé par cette famille de virus pour se développer dans les organismes hôtes[12].

En parallèle, les TALENs sont utilisées dans des recherches visant à développer la résistance du riz aux bactéries Xanthomonas[13] - [14].

La cisgénèse a également permis à des pommes de terre de devenir résistantes au mildiou, en combinant simultanément trois gènes de résistance à cet agent pathogène[15].

La technique CRISPR/Cas9 a permis de favoriser l'expression d'un gène connu pour accroître la tolérance du maïs à la sécheresse en remplaçant le promoteur associé par un promoteur augmentant sa fréquence d'expression[16].

Grâce à l'utilisation des TALENs, un gène en partie responsable de la synthèse d'acides gras chez le soja a été éteint, augmentant la part des acides mono-insaturés et réduisant celle des acides gras saturés, améliorant ainsi la qualité nutritionnelle de l'huile extraite de la variété de soja concernée[17].

L'interférence par ARN a également servi à empêcher l'expression d'un gène provoquant la modification de l'amidon de la pomme de terre au contact du froid (conservation réfrigérée). Sans cela, l'amidon transformé en sucres réducteurs, lorsque la pomme de terre est ensuite mis au contact de hautes températures (huile de friture), produit des acrylamides, probablement cancérogènes pour l'homme[18].

En pratique, les différentes applications des NBT peuvent être utilisées pour renforcer la résistance des variétés cultivées, en y introduisant des caractéristiques de variétés sauvages (procédé de « rewilding ») afin d’améliorer les rendements en agriculture biologique. De cette manière, les plantes ont moins besoin d’engrais ou des pesticides, objectifs fixés par l’IFOAM à l’agriculture biologique[19].

Selon le comité éthique commun de l'INRA, CIRAD et d'Ifremer, « les techniques d’édition de génome sont pleinement compatibles avec l’agro-écologie ». Les scientifiques consultés évaluent que les objectifs principaux de l’agro-écologie peuvent être atteints grâce aux NBT, par exemple l'augmentation de la biodiversité, la réduction de la quantité d’intrants (herbicides, engrais…) ou la suppression de la résistance à un herbicide par des mutations dirigées visant à revenir à la plante sauvage. Les membres du comité soulignent la nécessité de « prendre le temps d’améliorer, soulignant que les « ciseaux moléculaires » offerts par CRISPR-Cas9 ne pourront apporter les solutions aux problèmes de l’agriculture qu’à la condition qu’on leur donne le temps de s’éprouver dans des milieux ouverts », tout en ouvrant les systèmes d’évaluation des innovations au-delà de l'analyse bénéfices-risques et de « mener une réflexion collective et inclusive » à laquelle participe la société[8].

Une position similaire a été exprimée par l'agronome Michel Griffon qui juge que les « nouvelles biotechnologies végétales offrent des opportunités très intéressantes pour consolider une agriculture ancrée dans une vision écologique de la production végétale »[20]. Idem pour Urs Niggli, directeur de l'Institut de recherche sur l'agriculture biologique (Forschungsinstitut für biologischen Landbau, FIBL) qui évoque le « grand potentiel » des NBT comme moyen de lutter contre les maladies et d'éviter l'utilisation de pesticides en agriculture biologique[20] - [21]. La FiBL dresse une liste de priorités aux NBT appliquéses à l'agriculture biologique[22] :

• la résistance des semences aux maladies ;
• une vitesse de développement rapide des plantes ;
• domination et tolérance aux adventices ;
• résistance à la verse ;
• augmentation de l'assimilation des nutriments grâce au développement du réseau racinaire et de la symbiose avec les organismes du sol ;
• ensemble des traits améliorant la qualité de la plante et de ses produits.

Toutefois, la FiBL s'inquiète des problématiques d'usage des variétés en fonction des formes de propriété intellectuelle appliquées et déplore le fait que ces techniques soient principalement mises en œuvre par les plus importantes entreprises semencières[22].

• CRISPR-Cas9
• Culture sélective des plantes
• Édition génomique
• Mutagénèse
• Génie génétique