Transcript Diapositive 1

Thierry LANGIN
Directeur de Recherche CNRS
Directeur de l’Institut de Biotechnologie des Plantes
Responsable du groupe « Maladies des Céréales »
UMR 1095 Génétique, Diversité, Ecophysiologie des Céréles
Contexte :
L’agriculture mondiale doit trouver les moyens de pouvoir
répondre à l’augmentation des besoins en certaines productions végétales
Par exemple, il est admis que la demande mondiale de céréales devrait augmenter d’environ
50% au cours des 20 – 30 prochaines années
Causes :
Augmentation de la population mondiale
Changement des habitudes alimentaires
Nouvelles utilisations
(Industries, chimie verte, biocarburants, …)
Solutions :
- Augmenter les surfaces cultivées : possibilités limitées
Les plus importants « réservoirs » de surfaces potentiellement
cultivables existent en Afrique et en Amérique du sud (« Cerrados »)
rendre à nouveau « cultivables » des zones polluées
Adapter les plantes à la culture dans les zones arides
- Augmenter les rendements
- Augmenter la productivité
changements de pratiques culturales
mieux gérer la pression parasitaire (peut entrainer des pertes
allant de qques % à presque 100%) et les besoins en eau (compétition entre besoins des
populations/agriculture !)
Quelques éléments de contexte:
Le Blé dans le monde, en Europe et en
France
D’après
ADAGE (JF Sousanna)
Arvalis: colloque changement climatique: conséquences pour les grandes
cultures et l’élevage 22/10/2009
CIMMYT: consortium to raise yield potential 9-13/11/2009
Arvalis: marchés et competitivité 19/11/2009
Une demande croissante (population, mode de vie)
et moins de terres: urgence pour l’amélioration du
rendement
L’Europe et la France N°1
Les rendements stagnent malgré
un progrès génétique….
Insuffisant pour
compenser l’évolution
défavorable du climat
Climat qui va devenir de
plus en plus pénalisant
La filière doit tendre vers un équilibre
environnemental - économique de la production
de blés de qualité
– Un objectif : Réduire les intrants de la culture de blé
• N = Importante charge financière
– Coût direct : N 25% (indexée sur le pétrole)
– Coûts indirects : augmente les risques de maladies et de verses 
interventions cultures
• N = Principale charge environnementale
– Coût énergétique : N  60% (équivalent-pétrole)
– Pollution des eaux de surface (NO3-)
– Gaz à effet des serre (N2O)
– Une nécessité : Maintenir le rendement et la teneur en
protéines
• N = Principal facteur limitant de la production de blé en Europe
de l’ouest
• N = Principal déterminant de la teneur en protéines et donc de
la valeur d’utilisation des blés
Il faut optimiser l’efficience d’utilisation de l’N et
Culture à hautes performances économiques
et environnementales: une autre logique de
• Hier : objectif= produireconduite
le maximum
-
semer tôt, dense,
avec une variété productive (en général sensible aux maladies)
fertiliser pour éviter toute carence
 risques accrus de verse et de maladies  usage intense des
régulateurs de croissance et produits phytos
• Demain: objectif= maximiser la marge et minimiser les
impacts environnementaux
Pour réduire notablement les risques phytosanitaires, accepter une
réduction d’objectif de rendement
Semer plus tard ou moins dense
réduire l ’alimentation azotée précoce  moins de risques de
verse et de maladies  possibilité de réduire traitements fongicide et
régulateurs de croissance
choisir la variété sur d’autres critères que le rendement maxi, en
particulier leur résistance aux maladies (d’après MH Jeuffroy, UMR
Agronomie Grignon)
Génétique et amélioration du blé
Cibles et objectifs. I
• Potentiel de rendement (CIMMYT consortium)
– Efficience de la photosynthèse: C3/C4, CO2
concentration, RUBISCO….
– Optimisation de l’indice de récolte (harvest index: goal
0.6)
• Adaptation au changement climatique
– Evitement: décalage du cycle au delà de l’évolution
“subie” (> 1 mois)
– Tolérance aux stress thermique/hydrique: exploitation
des ressources génétiques.
– Potentiel de récupération post-stress
Génétique et amélioration du blé
Cibles et objectifs. II
• Qualité du grain et des co-produits
– Satisfaire la demande en quantité ET en
qualité pour des usages diversifiés.
– Teneur ET composition des protéines pour
l’alimentation humaine et animale
– Qualité de l’amidon pour l’industrie (matériaux
bio-sourcés)
– Co-produits (paille) pour bio-énergie?
– Valeur santé
Génétique et amélioration du blé
Cibles et objectifs. III
• Résistance/tolérance aux stress biotiques
– Insectes: pucerons, cicadelles (virus ) cecidomyes…
favorisés par la douceur des hivers
– Virus (yellow dwarf, mosaic…)
– Maladies fongiques: rouilles, septoriose, fusariose
(mycotoxines)
– Espèces invasives
• Enjeux pour la ferme France: réduction de 50% de
l’usage des pesticides (Ecophyto2018)
– Économie # 40€/ha x 5 Mha = 200 M€/an
– Et une meilleuredes
qualité
sanitaire (résidus)
 Compréhension
phénotypes,
accélération du progrès
génétique: sélection génomique, création d’idéotypes (virtual and
real), exploitation des ressources génétiques….
Comment améliorer génétiquement une espèce végétale :
Amélioration variétale classique
Biotechnologies/Transgénèse
Amélioration variétale classique
La plupart des spécialistes considèrent qu’il existe encore des marges de
progression importantes pour certaines espèces végétales cultivées
Exploitation de la variabilité génétique naturelle
Croisements intra- et inter-espèces par recombinaisons génétiques
Phase de domestication (depuis 7-9000 ans)
- sélection inconsciente de quelques mutations : floraison groupée, grains nus qui ne
tombent pas, avec nombre maximum
plantes qui ne se maintiennent que grâce à l'homme
domestication = perte de variabilité
6000 - 9000
ans
Téosinte (2,5cm)
Epi de maïs hybride (30cm)
Amélioration variétale classique
La plupart des spécialistes considèrent qu’il existe encore des marges de progression
importantes pour certaines espèces végétales cultivées
Exploitation de la variabilité génétique naturelle
Croisements intra- et inter-espèces & recombinaison génétique
Phase de domestication (depuis 7-9000 ans)
- sélection « involontaire » de quelques mutations : floraison groupée, grains nus qui
ne tombent pas, avec nombre maximum
plantes qui ne se maintiennent que grâce à l'homme
domestication = perte de variabilité
Sélection variétale « moderne » (depuis fin de XIXème)
-sélection généalogique des meilleures lignées dans la descendance
-introduction de caractères de résistance aux maladies par rétrocroisement mais
entrainant de nombreux gènes adjacents = génie génétique
- sélection dite récurrente pour élargissement de la base génétique
- Utilisation de lignées « mâle ou femelle-stérile » pour faciliter la construction de
lignées hybrides
- Utilisation de la « vigueur hybride » chez les plantes sans autofécondation
-Sélection Assistée par Marqueurs ou SAM
Amélioration variétale classique
La plupart des spécialistes considèrent qu’il existe encore des marges de progression importantes pour de certaines espèces végétales cultivées
Exploitation de la variabilité génétique naturelle
Croisements intra- et inter-espèces par recombinaisons génétiques
Pbs :
(i) Erosion des ressources génétiques
(ii) Pour certaines espèces cultivées, il n’existe pas de ressources
génétiques disponibles pour certains caractères d’intérêt
(résistance à certains stress biotiques ou abiotiques)
(iii) Disparition des populations ou espèces sauvages « sources »
Id :
Compenser partiellement en générant une variabilité génétique
« artificielle » par mutagénèse
Agents mutagènes type RX, Ems, …
Création de banques de mutants de Tilling
Fusions de cellules
Biotechnologies/Transgénèse
Qu’est ce qu’un organisme génétiquement modifié ou OGM ?
Définition du Conseil des Communautés Européennes :
"toute entité biologique capable de se reproduire ou de transférer
du matériel génétique modifié d'une manière qui ne s'effectue pas
naturellement par multiplication et/ou par recombinaison naturelle".
« Cette technologie permet de faire ce que la nature ne nous a
pas permis de faire jusqu’à maintenant et là commence le vrai
débat »
(Pierre Tambourin, Directeur général du Génopole)
PGM = Plantes Génétiquement Modifiées
Biotechnologies/Transgénèse
Transgénèse/Sélection classique
- Possibilité de n'introduire qu’un seul gène (ou un petit nombre de
gènes), allèle sauvage ou allèle mutés in vitro
exemple 1 : riz enrichi en pro-vitamineA dit riz "doré"
- Possibilité d’exprimer le ou les transgène(s) de façon tissus ou organes
spécifique
- Surmonter la barrière des espèces : introduction de gènes issus
d'espèces +/- éloignées (nouvelle variabilité)
exemple 2 : maïs résistant à la pyrale dit « maïs Bt » (Monsanto 801)
- Créer de nouveaux gènes
exemple 3 : vignes résistantes au court-noué
Biotechnologies/Transgénèse
Comment fabrique-t-on un OGM ?
1- transfert direct d’ADN
- Les méthodes électrochimiques (transformation de protoplastes)
- électroporation
- PEG
- Les méthodes physiques (transfo de cellules, de tissus, d’organes…)
- la biolistique
- la microinjection
2- transfert par Agrobacterium tumefaciens
Des techniques in vitro aux techniques in planta
Exemple 1 : Le riz doré
Objectif : Amélioration de la valeur nutritive du riz/situation
sanitaire de certains pays consommateurs - lutte contre la
carence en vitamine A
La carence en pro-vitamine A affecte environ 124 millions
de personnes, répartis dans 118 pays, principalement en Afrique
et en Asie S-E.
Cette carence est responsable de 1-2 millions morts/an
et de 500 000 cas de cécité irréversible chez l’enfant.
En 1992, deux chercheurs appartenant à un organisme public, Ingo Potrykus (Suisse)
et Peter Bayer (Fribourg), ont le projet de reconstituer la voie de synthèse du
carotène dans les grains de riz.
Sortie du "Golden rice 1" en 2000 puis amélioration "Golden rice 2" en 2004.
Libre de tout brevet (don des licences par Syngenta, etc…)
Actuellement, plusieurs lignées transgéniques sont en cours d'essai au champ, aux USA
et au Philippines (IRRI), avec l’objectif, si les essais sont concluants, d’un passage dans
les variétés locales
Projet qui se heurte à une forte opposition de la plupart des mouvements « antiOGM », Greenpeace en tête! ?
Exemple 2 : La résistance à la pyrale
La pyrale est un papillon dont le chenille se nourrit à partir des tissus des tiges et des grains de maïs
(maladie en recrudescence en Europe)
Pas de résistance génétique
15 à 30 % des maïs traités chaque année par des insecticides présentant une toxicité
certaine
Solution alternative : utilisation d’un insecticide « biologique » produit par une
bactérie, le bacille de Thuringe (Bt) qui est connu depuis longtemps pour son
efficacité sur la chenille processionnaire du pin s'est révélé très efficace contre la
pyrale (et la sésamie)
Développement d’un insecticide « biologique » basé sur l’utilisation de granulés
avec bactérie inactivée (autorisée en agriculture biologique).
Problèmes :
Faisabilité des traitements dans les champs de maïs (hélicoptère)
Coûts des traitements
Faire produire par la plante cet insecticide biologique :
Précautions :
Evaluation de la toxicité des toxines Bt sur différentes populations
d’insectes non pathogènes : existence d’un spectre d’hôte + ou – étroit
Toxicité nulle chez les autres animaux et l'homme (pas de récepteur
dans intestins)
Stratégie :
Introduction par transgénèse du gène de biosynthèse, Cry1Ab, sous
contrôle d’un promoteur permettant une production forte à très forte de la
toxine Bt dans les feuilles et les tiges (6g/ha) et une production très
limitée, mais non nulle, dans les grains (1ng/g) :
Obtention de plantes résistantes à la pyrale
via la production in planta de la Toxine Bt
(Amélioration
possible avec la caractérisation de promoteurs à expression encore plus spécifique)