Nouvelles techniques de sélection des plantes

Les nouvelles techniques de sélection des plantes, appelées aussi « nouvelles techniques de sélection végétale » ou « nouvelles techniques d'amélioration des plantes » (en anglais « new breeding techniques (NBT) ou new plant breeding techniques », sont un ensemble de techniques d'édition génomique employées dans le domaine de la sélection végétale pour développer de nouvelles variétés cultivées (cultivars) de plantes.

Historique

La plupart de ces techniques ont été rassemblées pour la première fois sous l’appellation « NBT » par le rapport de 2011 du Centre commun de recherche de l’Union européenne[1]. Individuellement, ces techniques peuvent cependant être très anciennes, comme la pratique de la greffe, ou très récentes, comme CRISPR-Cas9 mise au point en 2012.

Techniques

Liste des techniques utilisées dans le cadre des NBT

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 :

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].

Objectifs

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

Intérêts

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.

Risques

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 11e 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]. »

Applications

Grâce aux NBT, il est possible d'intégrer à des végétaux des traits nouveaux au sein de l'espèce ou issus d'autres variétés.

Les principales filières agricoles et alimentaires considèrent que l'utilisation de ces techniques de sélection peuvent avoir de nombreuses applications dans différents domaines[9].

Résistance aux maladies

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].

Adaptation aux conditions environnementales

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].

Qualité nutritionnelle et conservation des aliments

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].

Développement de l'agriculture biologique

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].

Cadre juridique

La Cour de justice de l'Union européenne dans un jugement rendu sur le statut réglementaire des variétés issues des biotechnologies végétales établit que les organismes issus des nouvelles techniques de mutagénèse ne sont pas exclus de la directive 2001/18 et doivent par conséquent être considérés comme des OGM[23].

Hors de l'Union européenne, des États ont adopté leur réglementation au développement des New Breeding Techniques :

  • le Département de l'Agriculture des États-Unis a indiqué ne pas mettre en place de régulation spécifique pour les plantes créées grâce aux NBT, tant que celles-ci auraient pu être obtenues par les méthodes de sélection classiques. Une exception est toutefois prévue pour les variétés de plante sécrétant ou tolérantes à des pesticides[24] ;
  • au Canada, la législation se focalise sur le caractère nouveau d'un trait, indépendamment de la manière dont une variété en a été dotée, que ce soit par sélection traditionnelle ou par d'autres méthodes, parmi lesquelles les NBT[25] ;
  • au Brésil, l'autorisation des variétés impliquant l'usage des nouvelles techniques de sélection se base, depuis , sur une évaluation au cas par cas centrée sur les caractéristiques de la plante et la présence ou non d'ADN d'une autre espèce. De plus, la Commission technique nationale de biosécurité prend en compte l'éventualité que la variété ait pu être autorisée dans un autre pays[26] ;
  • l'Argentine a adapté sa législation pour être en accord avec le protocole de Carthagène en privilégiant une approche au cas par cas. Dans l'éventualité où il n'y a pas d'ADN provenant d'une autre espèce ou d'ADN recombinant dans la plante finale, les autorités argentines considèrent que les plantes issues font l'objet de la même réglementation que les variétés traditionnelles[27] ;
  • en Australie et en Nouvelle-Zélande, qui possèdent un organisme de régulation commun pour l’alimentation, la Food Standards Australia New Zealand (en), le statut des végétaux issus des NBT devrait être fixé à la fin de l'année 2018[28].

Annexes

Articles connexes

Références
  1. (en) Maria Lusser, Claudia Parisi, Damien Plan et Emilio Rodríguez-Cerezo, « New plant breeding techniques - State-of-the-art and prospects for commercial development », Commission européenne / Joint Research Centre (JRC) / Institute for Prospective Technological Studies (IPTS), (consulté le ).
  2. Note sur les « nouvelles techniques » du comité scientifique du HCB, site du HCB, le 19 janvier 2016.
  3. Une plante sur 20 est naturellement génétiquement modifiée, Futura Sciences, le 21 octobre 2019.
  4. (en) Tatiana V. Matveeva, Léon Otten, « Widespread occurrence of natural genetic transformation of plants by Agrobacterium », Plant Molecular Biology, (consulté le ).
  5. P. Mollier, « ABC des nouvelles biotechnologies de modifications ciblées du génome », site de l'INRA, le 15 juin 2015.
  6. P. Rogowsky, Promesses et limites des nouveaux outils de sélection végétale (NBT), présentation lors des rencontres « Agriculture & Innovation 2025 » au salon international de l'agriculture, le 3 mars 2016.
  7. Transferts génétiques naturels : des plantes OGM partout, site de l'IBMP, le 12 octobre 2019.
  8. « Analyser les questions éthiques et politiques posées par l’édition du génome des végétaux », sur INRAE.fr, (consulté le )
  9. Compte rendu du 7ème colloque des biotechnologies végétales, octobre 2017, AFBV, octobre 2017.
  10. « DuPont Pioneer and CIMMYT form CRISPR-Cas public/private partnership », CIMMYT.
  11. « CRISPR/Cas9, la plus médiatisée des NBT », info NBT, 12 octobre 2016.
  12. J. Chandrasekaran, M. Brumin, D. Wold, D. Leibman, C. Klap, M. Pearlsman, A. Sherman, « Development of broad virus resistance in non-transgenic cucumber using CRISPR/Cas9 technology », Molecular Plant Pathology, vol. 17, no 7, septembre 2016, pp. 1140-53 doi: 10.1111/mpp.12375.
  13. Ting Li, Bo Liun Martin H. Spalding, Donald P. Weeks et Bing Yang, High-efficiency « TALEN-based gene editing produces disease-resistant rice », Nature Biotechnology, no 30, 7 mai 2012, pp. 390-392 DOI:10.1038/nbt.2199.
  14. « TALEN, ciseaux moléculaires de la nouvelle génération de NBT », info NBT, 20 novembre 2016.
  15. A. J. Haverkort, P. C. Struik, R. G. F. Visser, E. Jacobsen, « Applied biotechnology to combat late blight in potato caused by Phytophthora infestans », Potato Research, no 52, août 2009, pp. 249-264 doi: 10.1007/s11540-009-9136-3.
  16. J. Shi, H. Gao, H. Wang, H. R. Lafitte, R. L. Archibald, M. Yang, S. M. Hakimi, H. Mo, J. E. Habben, « ARGOS8 variants generated by CRISP-Cas9 improve maize grain yield under field drought stress conditions », Plant Biotechnology Journal, vol. 15, no 2, février 2017, pp. 207-216 doi: 10.1111/pbi.12603.
  17. W. Haun, A. Coffman, B. M. Clasen, Z. L. Demorest, A. Lowy, E. Ray, A. Retterath, T. Stoddard, A. Juillerat, F. Cedrone, L. Mathis, D. F. Voytas, F. Zhang, « Improved soybean oil quality by targeted mutagenesis of the fatty acid desaturase 2 gene family », Plant Biotechnology Journal, 23 mai 2014, doi: 10.1111/pbi.12201.
  18. B. M. Clasen, T. J. Stoddard, S. Luo, Z. L. Demorest, J. Li, F. Cedrone, R. Tibebu, S. Davison, E. E. Ray, A. Daulhac, A. Coffman, A. Yabandith, A. Retterath, W. Haun, N. J. Baltes, L. Mathis, D. F. Voytas, F. Zhang, « Improving cold storage and processing traits in potato through targeted gene knockout », Plant Biotechnology Journal, vol. 14, no 1, janvier 2016, pp. 169-76 doi: 10.1111/pbi.12370.
  19. M. M. Andersen, X. Landes, W. Xiang, A. Anyshchenko, J. Falhof, J. T. Østerberg, L. I. Olsen, A. K. Edenbrandt, S. E. Vedel, B. J. Thorsen, P. Sandøe, C. Gamborg, K. Kappel, M. G. Palmgren, « Feasibility of new breeding techniques for organic farming », Trends in Plant Science, vol. 20, no 7, 28 mai 2015, p. 426-434.
  20. Rapport « Les enjeux économiques, environnementaux, sanitaires et éthiques des biotechnologies à la lumière des nouvelles pistes de recherche », site du sénat, le 14 avril 2017.
  21. « CRISPR hat großes Potenzial », Die Tageszeitun, le 6 avril 2016.
  22. « Plant Breeding Techniques: An assessment for organic farming », document FIBL,‎ (lire en ligne).
  23. « CURIA - Documents », sur curia.europa.eu (consulté le ).
  24. « Secretary Perdue Issues USDA Statement on Plant Breeding Innovation », U.S. Department of Agriculture, 28 mars 2018.
  25. Stuart J. Smyth, « Canadian regulatory perspectives on genome engineered crops », GM Crops & Foods, vol. 8, 2017, pages 35-43 DOI: 10.1080/21645698.2016.1257468.
  26. Resolução Normativa no 16, de 15 de janeiro de 2018, site de la Commission technique nationale de biosécurité.
  27. Agustina I. Whelan et Martin A. Lema, « Regulatory framework for gene editing and other new breeding techniques (NBTs) in Argentina », GM Crops & Foods, vol. 86, 2015, pages 253-265 DOI: 10.1080/21645698.2015.1114698.
  28. Update on new breeding techniques review, Food Standards Australia New Zealand.
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