No. 119 octobre 2011

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Protection des plantes : Nouvelles armes pour combattre les insectes nuisibles

Larve de pyrale du maïs. Les chenilles nuisent mondiale- ment aux cultures de maïs. Photo: Keith Weller, USDA Agricultural Research Service, Bugwood.org

La nature a la capacité de s'adapter. Ainsi, les mauvaises herbes et les insectes nuisibles développent des résistances qui, tôt ou tard, rendront inefficaces les mesures de protection des cultures. Cela malgré des tentatives visant à ralentir ce développement. Il est donc nécessaire de perfectionner constamment les méthodes de protection.
Depuis 1996, la technologie Bt est utilisée à grande échelle pour protéger les plantes contre certains insectes ravageurs. Cette méthode consiste à modifier des plantes génétiquement, de manière à ce qu'elles soient capables de produire une protéine insecticide issue de la bactérie du sol Bacillus thuringiensis, une substance biologique appliquée sur les champs depuis des décennies. Des essais en laboratoire ont démontré que les insectes ont la capacité de devenir résistants à la protéine Bt, et les chercheurs ont effectivement retrouvé des spécimens résistants dans des champs traités au Bt. Malgré des mesures destinées à ralentir le développement de résistances (p.ex. la création de refuges), on a observé dans quelques cas une diminution de l'efficacité des plantes Bt due à la résistance de certains insectes nuisibles.
Une mesure importante pour garantir la protection des plantes transgéniques contre les insectes consiste à chercher de nouvelles protéines à effet insecticide auxquelles les insectes ne sont pas résistants. Dans plusieurs souches bactériennes de Bacillus thuringiensis, les chercheurs ont trouvé plus de 100 gènes de protéines Bt différents, ayant différents effets. En outre, certaines de ces bactéries contiennent des gènes pour d'autres protéines à effet insecticide (vegetative insecticidal protein VIP), utilisées dans le commerce depuis plusieurs années comme transgènes pour des plantes OGM (maïs, coton).
Une équipe de chercheurs a découvert il y a quelques années une approche alternative en modifiant de manière ciblée deux protéines Bt naturellement présentes, Cry1AB et Cry1AC, afin de contourner un mécanisme de résistance connu. Les protéines naturelles éliminent les insectes en perçant des trous dans la paroi intestinale. Pour cela, elles doivent interagir avec plusieurs protéines des insectes. Cela se passe lors d'un processus composé de plusieurs étapes - comme si on ouvrait une porte avec une clé, et si derrière cette porte se trouvait une deuxième clé pour la prochaine porte.
Des modifications dans une des protéines des insectes, la cadhérine, bloque cette chaîne de réactions et rend les insectes résistants à la protéine Bt. Les chercheurs ont modifié les protéines Bt de manière à ce qu'elles contournent l'étape dépendant de la cadhérine - ils leur ont donné directement la clé pour la deuxième porte. Ainsi, les protéines Bt peuvent agir efficacement contre les insectes sans interaction avec les cadhérines.
Dans une publication actuelle, les chercheurs démontrent que les protéines modifiées (Cry1ABmod et Cry1ACmod) sont encore bien plus efficaces contre les insectes nuisibles résistants au Bt que les protéines d'origine. Cependant, les mécanismes de résistance ne semblent pas toujours être clairs: on a également observé des ravageurs résistants avec des mutations de cadhérines, insensibles aux nouvelles protéines modifiées. En revanche, les scientifiques ont également observé des cas d'insectes résistants avec des modifications qui ne concernaient pas les cadhérines, mais qui étaient tout de même sensibles aux nouvelles protéines modifiées. Les chercheurs ont choisi parmi les principaux ravageurs quatre familles, et ont analysé neuf souches d'insectes. Pour six souches, les scientifiques ont trouvé au moins une protéine qui était nettement plus efficace que la protéine de base.
Il reste maintenant à déterminer la spécificité des effets des nouvelles protéines Bt modifiées, afin d'exclure toute conséquence sur d'autres insectes - elles semblent en tout cas être en bonne position pour élargir l'éventail d'options en vue de combattre les insectes nuisibles.
Sources: Bruce E. Tabashnik et al. 2011, "Efficacy of genetically modified Bt toxins against inects with different genetic mechanisms of resistance", Nature Biotechnology (online 9. 10. 2011), DOI: 10.1038/nbt.1988; "Neue Bakterien-Toxine gegen resistente Pflanzenschädlinge" , Max-Planck-Gesellschaft, 19. 10. 2011

Biodiversité : La productivité agricole et la protection de la diversité des espèces sont compatibles
Comment peut-on produire des aliments pour une population mondiale croissante, tout en minimisant les effets négatifs sur la biodiversité? Deux stratégies ont été proposées : Le « land sharing » combine la production agricole et la conservation de la biodiversité dans la même région, alors que le « land sparing » mise sur une concentration de la production dans les régions appropriées tout en laissant d'autres régions dans leur état naturel.
Une étude actuelle de l'Université de Cambridge et de la Société royale de la protection des oiseaux compare ces deux scénarios à l'aide de données sur le rendement agricole et sur la biodiversité des arbres et des oiseaux en Inde et au Ghana.
Les chercheurs en concluent que dans les régions analysées, la plupart des espèces sont influencées négativement par l'agriculture, même lorsque la culture est peu intensive. D'après eux, une culture intensive sur une partie de la surface disponible, alors que l'autre partie est utilisée pour sauvegarder la biodiversité (réserve naturelle ou renaturation), serait avantageuse aussi bien pour les arbres que pour les oiseaux. Des mesures adéquates devraient être prises pour garantir la protection de ces régions. Les chercheurs soulignent que les mesures d'intensification de l'agriculture doivent s'orienter sur les conditions locales et les besoins de la population. En outre, ces résultats ne seraient pas nécessairement applicables à d'autres régions du monde. Des résultats similaires pour des régions de Grande-Bretagne ont déjà été publiés auparavant (voir l'article « Biodiversité », POINT 103, mai 2010).
Sources Ben Phalan et al. 2011, "Reconciling Food Production and Biodiversity Conservation: Land Sharing and Land Sparing Compared", Science 333:1289-1291; "Sparing or sharing? Protecting wild species may require growing more food on less land", Cambridge University Research News, 2. 9. 2011

PNR 59 : D'après une étude en plein champ, le blé OGM résistant aux champignons n'a d'effets négatifs ni sur les organismes du sol, ni sur la décomposition des plantes
L'évaluation de nouvelles variétés de plantes est souvent concentrée sur les qualités agricoles et le rendement. Un autre aspect important est de savoir ce qui se passe avec les résidus des plantes après la récolte. Une mauvaise décomposition des résidus peut avoir des conséquences néfastes sur la fertilité des sols. En outre, des effets nocifs pour les organismes du sol, participant également à la décomposition, pourraient perturber l'équilibre biologique.
Dans le cadre des essais de dissémination de blé génétiquement modifié résistant aux champignons, effectués par la Station de recherche Agroscope ART à Zurich-Reckenholz, des chercheurs de l'Université de Berne, avec le Prof. Wolfgang Nentwig se sont posé la question de savoir si les feuilles de blé OGM se décomposent de la même manière que celles du blé non modifié. Une des lignées OGM analysées contenait deux gènes de résistance non spécifiques contre les champignons, nommés glucanase et chitinase - il n'est pas exclu que ces derniers puissent influencer la décomposition dans le sol, étant donné que des champignons y participent également.
Les chercheurs ont récolté en fin d'été les feuilles de blé génétiquement modifié et non modifié, les ont pesées minutieusement, et les ont enterrées dans des sacs en filet. Par la suite, ils ont régulièrement déterré les sacs et ont analysé le nombre et la composition des organismes ainsi que le nombre de feuilles.
Au printemps de l'année suivante, environ deux tiers des feuilles des plantes analysées étaient décomposées. Les chercheurs ont remarqué une différence en ce qui concerne la rapidité de la décomposition des différentes lignées de blé de contrôle, mais la modification génétique n'a pas influencé le processus. Après avoir compté 40'485 organismes du sol, dont différentes sortes de mites, de collemboles, d'annélides et de larves de cécidomyies, les chercheurs en ont conclu que les plantes de blé OGM n'ont pas d'effets négatifs sur le nombre d'animaux participant à la décomposition des plantes. Les fluctuations observées étaient comparables à celles que l'on remarque entre les différentes variétés de plantes conventionnelles.
Les chercheurs en concluent que les lignées de blé OGM résistant aux champignons n'ont pas d'effets négatifs écologiquement significatifs sur la composition et l'activité des organismes du sol participant à la décomposition des plantes.
Les scientifiques en sont arrivés à la même conclusion après avoir effectué une autre étude, dont les résultats ont également été présentés cette année. Pour cela, ils ont mené des essais en laboratoire pour analyser d'éventuels effets du blé OGM sur les enchytrées, une espèce apparentée au ver de terre, qui joue un rôle important pour la décomposition de résidus de plantes dans la nature. Les chercheurs n'ont pas constaté d'effets en utilisant du blé OGM doté de gènes de résistance spécifiquement contre les champignons. Après avoir nourri les vers de plantes de blé disposant de gènes non-spécifiques contre les champignons (glucanase et chitanase), les chercheurs ont observé une diminution des vers survivants. Cependant, le nombre de vers fluctuait également après qu'ils avaient été nourris de cinq différentes sortes de blé conventionnel - les différences observées par les scientifiques sont donc insignifiantes au point de vue écologique. En ce qui concerne le nombre de descendants, les chercheurs n'ont également pas détecté d'effets négatifs causés par la nourriture à base d'OGM.
Les résultats de ces essais démontrent clairement l'importance de valeurs de référence pour évaluer les effets biologiques de plantes transgéniques. Certes, il peut y avoir des différences entre les plantes conventionnelles et transgéniques dans quelques essais. Cependant, une évaluation de ces observations n'est possible que si l'on prend en compte la variabilité des effets entre les différentes sortes de plantes non modifiées - on retrouve souvent des différences surprenantes, rendant insignifiants les effets d'une modification génétique.
Sources: Caroline Duc et al. 2011,"No Adverse Effect of Genetically Modified Antifungal Wheat on Decomposition Dynamics and the Soil Fauna Community - A Field Study", PLoS ONE 6(10):e25014. DOI:10.1371/journal.pone.0025014; Andreas Lindfeld et al. 2011, "Hard to digest or a piece of cake? Does GM wheat affect survival and reproduction of Enchytraeus albidus (Annelida: Enchytraeidae)?", Applied Soil Ecology 47:51-58

PNR 59 : Comment peut-on évaluer les dégâts écologiques causés par les plantes génétiquement modifiées?
D'après l'Article 6 de la Loi sur le génie génétique (LGG), « quiconque utilise des organismes génétiquement modifiés doit veiller à ce que ces organismes~ ne puissent mettre en danger l'être humain, les animaux ou l'environnement; (et) ne portent pas atteinte à la diversité biologique ni à l'utilisation durable de ses éléments ». Cela paraît évident et on retrouve des directives similaires dans d'autres pays européens. Mais: que veut dire dans ce contexte « mettre en danger » et « porter atteinte »? Les organes exécutifs ont besoin de réglementations concrètes pour appliquer les prescriptions légales. Il existe en effet une multitude de données scientifiques sur les effets écologiques des plantes génétiquement modifiées, mais il manque des critères pour les évaluer.
Dans le cadre de deux essais du PNR59, des chercheurs ont tenté de concrétiser les expressions vagues utilisées dans les textes juridiques, afin de faciliter le travail des autorités chargées de l'autorisation et de l'exécution. Les résultats de l'essai effectué à la Station de Recherche Agroscope ART viennent d'être publiés. Dans des ateliers réunissant des experts des services d'autorisation, de l'industrie et de la recherche internationale, les spécialistes ont d'abord déterminé l'objet de la protection. Il s'agit non seulement de protéger les espèces et espaces vitaux, mais aussi de prendre en compte des fonctions de la biodiversité importantes pour la société (par exemple la pollinisation ou la lutte antiparasitaire biologique). Pour l'évaluation, les auteurs proposent cinq unités écologiques clairement définies qui valent la peine d'être protégées (propriété/unité, éléments, espaces, unité de temps, effet nocif). Etant donné qu'il est impossible de saisir tous les aspects de la biodiversité, il faudrait ensuite définir ce qui doit être mesuré (par exemple la variété des espèces indicatrices).
Finalement, une base de données de comparaison serait nécessaire pour pouvoir évaluer les différences. Les auteurs estiment qu'il serait inconsistant d'augmenter les exigences de protection pour les plantes transgéniques par rapport aux autres technologies agricoles conventionnelles, ces dernières ayant également des effets négatifs, mais acceptés, sur l'environnement (par exemple la culture du sol qui tue de nombreux vers de terre).
En même temps, les chercheurs expliquent que l'on peut attendre de la science qu'elle apporte des connaissances pour pouvoir évaluer les différentes actions politiques possibles, mais qu'elle ne peut pas décider quelles valeurs ou quels points de vue sont les meilleurs. Les décideurs politiques et les manageurs de risques seraient responsables de cette décision.
Sources: Olivier Sanvido et al. 2011, "Evaluating environmental risks of genetically modified crops: ecological harm criteria for regulatory decision-making", Environmental Science & Policy (online 12. 10. 2011), DOI:10.1016/j.envsci.2011.08.006; Olivier Sanvido et al. 2011, "Mögliche Umweltschäden der Gentechnik bewertbar machen", Agrarforschung Schweiz 2:382-387; NFP59 Newsletter Nr. 4 (September 2010), www.nfp59.ch

PNR 59 : La liste des publications est disponible en ligne
Maintenant que les projets de recherche du PNR59 sont achevés, les résultats sont rassemblés sous forme de synthèse du programme qui sera disponible dès l'été 2012. Toute personne qui souhaite s'informer maintenant des résultats, a la possibilité depuis le 25 octobre 2011 de consulter le site du PNR59 (www.pnr59.ch), où l'on trouve une liste des projets déjà publiés (sous Communication> Articles spécialisés). La liste comprend plus de 60 articles et elle est actualisée régulièrement.
Les publications peuvent être classées par mot-clé, par directeur du projet ou par auteur. Le texte intégral est disponible gratuitement sur internet et ont le trouve par exemple en cherchant le titre de la publication sur Google Scholar. Cependant, on ne retrouve parfois qu'un résumé des articles, l'accès au texte complet est payant. Mais les auteurs des articles sont généralement prêts à mettre à disposition leurs articles complets - les adresses e-mail des personnes responsables sont souvent mentionnées dans les résumés.