La fin programmée des insecticides et des fongicides...

biotechnologie 13 | 10 | 2015

La fin programmée des insecticides et des fongicides...

De récentes découvertes laissent entrevoir des solutions alternatives aux insecticides et aux fongicides classiques. Rencontre avec Christophe Sallaud, directeur de recherche à Biogemma, l’une des sociétés leaders dans ce domaine.

A&E : Vous travaillez sur une nouvelle approche qui consiste à protéger la plante grâce au blocage de certains gènes de ses ravageurs potentiels. Pouvez-vous nous en dire davantage ?

Christophe Sallaud :
Dans la lutte contre les ravageurs des plantes, nous sommes à l’aube d’une révolution, qui pourrait à terme remplacer les pesticides et les fongicides classiques issus de la chimie traditionnelle, qu’elle soit de synthèse ou dite naturelle. Cette avancée est rendue possible grâce à une découverte fondamentale, qui a révolutionné la biologie il y a une quinzaine d’années. Il s’agit du phénomène d’extinction de gènes par ARN interférant (gene silencing by RNA interference). Son principe de base est relativement simple, et s’appuie sur le fait que tout organisme possède un mécanisme qui gère l’expression d’un gène en découpant en petits morceaux son messager primaire, l’ARN-messager. C’est ce dernier qui apporte à la cellule les informations nécessaires pour produire la protéine correspondant au gène. Ce mécanisme de régulation permet à la cellule de produire moins, ou pas du tout, de ladite protéine, de réparer les erreurs commises régulièrement par la cellule, mais aussi de se défendre contre les attaques des virus, qui possèdent la capacité de réaliser tout naturellement des modifications dans le génome. Cette découverte initialement identifiée dans des cellules animales (un ver rond de la famille des nématodes) s’est révélée être un mécanisme universel. Elle a valu un prix Nobel à ses auteurs, Andrew Z. Fire and Craig C. Mello, en 2006.

Ensuite, une deuxième découverte majeure a mis en évidence que dans les cas spécifiques de l’extinction de gènes par ARN interférant, il y a formation d’un ARN double brin (dsRNA). Cet ARN double brin est ensuite reconnu par un complexe protéique (RISC), qui le dégrade. Dans la mesure où la protéine ciblée est vitale pour l’organisme, ce phénomène d’extinction entraîne la mort de celui-ci. En se basant sur ces constats, des chercheurs ont récemment eu l’idée d’utiliser ces propriétés dans le cadre de la lutte contre les ravageurs des plantes. Ils se sont donc demandé s’il était possible d’apporter à une cellule-cible vitale pour le ravageur un ARN double brin par voie externe (par exemple par ingestion).

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Biogemma en quelques mots

Biogemma est une société de biotechnologie fondée en 1997 par trois compagnies semencières françaises (Limagrain, Euralis, RAGT) et accompagnée par des instituts financiers (Sofiprotéol, Unigrain). Sa mission est de développer des technologies pour améliorer les propriétés agronomiques de quatre espèces de grandes cultures : le tournesol, le colza, le maïs et le blé.

Biogemma travaille plus particulièrement sur l’amélioration de la tolérance au déficit hydrique, de l’efficience azotée et de la résistance aux maladies causées par les insectes, les champignons et les bactéries. Depuis de nombreuses années, elle utilise les technologies d’extinction de gènes (gene silencing by RNA interference) afin de développer des stratégies innovantes pour améliorer ces différents traits agronomiques. En réalisant des études de génétiques d’associations ou des travaux de génomiques fonctionnelles, les gènes cibles sont identifiés par ses chercheurs, en France, en collaboration avec des laboratoires publics. Suite aux destructions des essais en plein champ de Biogemma par José Bové et les Faucheurs Volontaires, la société a délocalisé une partie de sa recherche à l’étranger, notamment outre-Atlantique. Des stratégies similaires à celles présentées dans cet article sont engagées depuis plusieurs années chez Biogemma dans le cadre des programmes de recherche sur la résistance aux maladies fongiques chez le blé. L’objectif est de trouver des méthodes de protection des plantes qui limiteraient ou élimineraient l’utilisation des fongicides. « Nous n’y sommes pas encore, mais nous avons de grands espoirs de réaliser une preuve de concept d’ici à quelques années », estime Christophe Sallaud, son directeur de recherche.

 

La réponse –positive– a été donnée par Baum et ses collègues en 2007. Ces chercheurs ont en effet apporté une molécule d’ARN double brin à une cel- lule d’intestin d’un coléoptère ravageur du maïs, Diabrotica virgifera, en l’intégrant dans sa nourriture. Ils ont constaté qu’après ingestion, l’ARN double brin traversait la membrane des cellules épithéliales de l’intestin, et qu’une fois dans la cellule, il était reconnu par le complexe RISC du ravageur, qui éteint le gène-cible en utilisant comme matrice de reconnaissance les séquences introduites. Le même résultat a été obtenu en faisant produire la molécule d’ARN double brin par la plante. Après ingestion du végétal par l’insecte, l’ARN double brin est libéré des cellules de la plante durant la digestion, et se retrouve en contact avec les cellules de l’intestin. Ce mécanisme, parfaitement connu aujourd’hui, est appelé Host Induced Gene Silencing (HIGS), qui signifie « induction de l’extinction de gènes chez un hôte ».

Il faut que le gène-cible soit un gène fondamental pour le développement du ravageur, que sa séquence spécifique ne soit pas présente dans des organismes non- cibles, et que le lieu de production de la molécule soit optimisé.

Bien entendu, ce résultat n’est pas possible pour tous les gènes. Il est donc nécessaire d’évaluer en laboratoire un nombre important de gènes candidats. Ces derniers doivent d’une part obligatoirement être essentiels au développement de l’insecte. Et ils doivent d’autre part s’exprimer préférenciellement de manière forte. Le mécanisme de cette technologie étant lié à la reconnaissance d’un ARN par son brin complémentaire pour former un ARN double brin, il s’agit de déterminer une séquence spécifique du gène-cible, absente chez les organismes non-cibles. Enfin, on a découvert que l’efficacité était dépendante du type d’insectes, mais aussi tributaire du lieu de production de la molécule à double brin dans la cellule (par exemple dans le chloroplaste ou dans le cytoplasme).

En conclusion, Il faut que le gène-cible soit un gène fondamental pour le développement du ravageur, que sa séquence spécifique ne soit pas présente dans des organismes non-cibles, et que le lieu de production de la molécule soit optimisé.

Tout cela reste très théorique. Où en est la recherche ?

L’efficacité d’un tel système a déjà été démontrée pour Diabrotica virgifera, mais également pour d’autres insectes de type lépidoptères, comme le ravageur du coton (Helicoverpa armigera, Mao et al., 2007), ainsi que pour de nombreuses autres familles d’insectes (Katoch et al., 2013). Actuellement, des travaux conduits par l’équipe du Pr Zhang sont également en cours dans le cadre de la lutte contre le doryphore de la pomme de terre. Toutefois, le dossier de commercialisation de loin le plus avancé concerne la protection contre Diabrotica virgifera chez le maïs. Dans ce cas, le gène ciblé code pour la protéine Snf7 de D. virgifera, une protéine impliquée dans le transport des protéines en cours de dégradation (Bolognesi et al., 2012). Ici, il s’agit d’associer ce type de protection aux stratégies utilisant les gènes de Bacillus thuringiensis (Bt) afin de diminuer l’apparition des résistances. Ce qui est possible du fait que leurs modes d’action respectifs sont différents.

Cette stratégie est-elle possible contre les champignons ?

Absolument. On a découvert que la propriété permettant à la molécule double brin de traverser la membrane de cellules d’une espèce à l’autre, fonctionnait également chez les champignons. En 2010, une première démonstration a été réalisée contre un champignon de type biotrophe, responsable d’une rouille chez l’orge et le blé blumeria graminis (Nowara et al.). La preuve a été apportée en réduisant l’expression d’un gène codant pour une molécule produite par le champignon et favorisant son développement : l’effecteur du champignon Avra10. En diminuant l’expression de ce gène, on réduit considérablement le développement du champignon. Les auteurs ont donc utilisé exactement la même stratégie que pour les insectes, tout simplement en ciblant Avra10.

Des démonstrations similaires ont été réalisées en laboratoire contre des champignons de la famille des Fusarium, des Phytophtora et de Meloidogyne, chez différentes plantes hôtes de ces champignons (comme le tabac ou encore Arabidopsis –Knip et al., 2014). Bref, preuve a été faite que les champignons sont capables d’être atteints dans leur développement grâce à cette technique. Tout le travail restant consiste à trouver les bons gènes ayant un effet négatif sur le développement du champignon-cible, et non sur d’autres pathogènes. Ce travail très prometteur est en cours de réalisation dans nos laboratoires.

Reste à savoir comment ces ravageurs-cibles seront mis en présence de l’ARN double brin...

Deux stratégies se dessinent aujourd’hui. L’une consiste à pulvériser la plante à protéger ; l’autre propose de faire produire cet ARN double brin directement par la plante. La deuxième solution s’apparente à la production de toxines par les plantes, qui constitue la méthode de défense classique de la plupart des végétaux. La solution par pulvérisation permet, elle, de ne pas devoir modifier la plante. C’est une technique très respectueuse de l’environnement, puisque la molécule d’ARN double brin offre l’avantage de se dégrader facilement. Néanmoins, cette propriété entraîne un inconvénient majeur pour l’utilisateur, qui doit – comme pour tout produit de protection des plantes– l’appliquer au bon moment, et doit en outre disposer d’un produit stable, alors que ces molécules d’ARN double brin sont relativement fragiles. L’efficacité d’un système d’application externe est également freinée par le fait que la pénétration et la stabilité du produit après application restent difficilement contrôlables. Enfin, en ce qui concerne le champignon qui se développe à l’intérieur de la cellule, il n’est pas démontré qu’une application externe sera aussi efficace qu’une application interne. Toutefois, dans le cadre de la lutte contre le doryphore, c’est cette approche qui a été retenue par Monsanto. En janvier dernier, la société a annoncé que cette stratégie passait de la phase de recherche à celle de développement. Et que le coût de production de telles molécules, qui était encore un obstacle il y a quelques années, avait été largement réduit (il serait de 10 dollars pour traiter un hectare de pommes de terre).

La solution interne (production par la plante) offre l’avantage de protéger la plante à tout moment. Par conséquent, plus besoin de se demander si les conditions climatiques sont favorables ou non à une infestation ! De surcroît, seuls les organismes ravageurs sont potentiellement exposés à l’ARN double brin. En aucun cas les organismes non ciblés ne sont concernés, ce qui représente un atout non négligeable de cette méthode.

En outre, celle-ci évite de devoir passer dans les cultures à des périodes souvent perturbantes pour le développement de la culture. En revanche, elle nécessite une modification du génome de la plante par insertion d’une séquence nucléique codant pour l’ARN double brin.

Ces nouvelles technologies ont un impact potentiellement nul sur l’environnement. Elles ont donc tout ce qu’il faut pour plaire à nos amis écologistes, soucieux de la biodiversité et de l’état sanitaire de nos campagnes !

Selon vous, quelle sera la stratégie la plus pertinente ?

Il est difficile de répondre à cette question. Je pense que le choix se fera, comme d’habitude, en fonction de multiples critères : type de ravageurs, type de cultures, etc. Mais quelle que soit la stratégie adoptée, cette nouvelle méthode apporte une alternative sérieuse aux fongicides et aux insecticides classiques. De nombreuses démonstrations de son efficacité contre des insectes et des champignons ont déjà été réalisées en laboratoire. Mais pas seulement ! Certains essais en champs sur des plantes agronomiques sont très convaincants, et laissent présager une commercialisation future. En réalité, l’utilisation du principe d’extinction des gènes est déjà commercialisée. C’est d’ailleurs de cette façon que la production de papayes à Hawaii a pu être sauvée. En effet, dès le milieu des années 1990, des chercheurs ont eu l’idée de faire exprimer par le papayer la protéine de l’enveloppe du virus, dans le but de perturber sa multiplication après une infestation par un puceron. C’est ainsi que la papaye est devenue le premier fruit transgénique à avoir été autorisé à la consommation.

Contrairement aux produits phytosanitaires – de synthèse ou naturels – dont la toxicité pour l’environnement est toujours présente à un degré ou à un autre, ces nouvelles technologies comportent un avantage majeur : leur impact potentiellement nul sur l’environnement. Elles ont donc tout ce qu’il faut pour plaire à nos amis écologistes, soucieux de la biodiversité et de l’état sanitaire de nos campagnes !

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