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Transgenic plants and control of virus diseases : state of the art and prospects.


Virologie. Volume 12, Number 1, 27-37, janvier-février 2008, revue

DOI : 10.1684/vir.2008.0138

Résumé   Summary  

Author(s) : M Fuchs , Department of Plant Pathology and Plant-Microbe Biology, New York State Agricultural Experiment Station, Cornell University, Geneva, New York 14456, Etats-Unis.

Summary : Genetic engineering and the concept of pathogen-derived resistance have widened the horizons for virus disease control in plants by providing opportunities to create resistant cultivars. These approaches enable the isolation of viral gene fragments and their transfer into the plant genome in order to stimulate RNA silencing, a potent natural defense mechanism against plant viruses. Virus-resistant transgenic crops have been released twelve years ago in the United States of America with a good adoption rate. In spite of their potential to confer resistance through the antiviral pathways of RNA silencing, the use of viral gene sequences raised safety issues with regard to the impact of transgenic plants on human health and the environment. Safety assessment studies based on allergenicity predictions, viral epidemiology, and viral population dynamics provided new insights into limited, if any, risks beyond natural background events. Transgenic crops provide new avenues for the implementation of efficient control measures against plant viral diseases.

Keywords : pathogen-derived resistance, RNA silencing, squash, papaya, environmental and food safety assessment

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ARTICLE

Auteur(s) : M Fuchs

Department of Plant Pathology and Plant-Microbe Biology, New York State Agricultural Experiment Station, Cornell University, Geneva, New York 14456, Etats-Unis

Les maladies virales peuvent créer des dégâts et des dommages considérables. Ainsi, le virus de la sharka (plum pox virus, PPV) des arbres fruitiers, découvert en 1917 en Bulgarie, a progressivement envahi toute l’Europe sur une période de 80 ans. Il a ensuite atteint le Moyen-Orient, le continent américain puis l’Asie. Les pertes dues à cette pandémie virale sont estimées à plus de 330 millions d’euros par an [4]. Le PPV sévit également en France où, malgré des efforts continus d’éradication pour contenir les épidémies, les dégâts sont conséquents et les efforts de lutte sont coûteux. Dans le cas de la vigne, le virus du court-noué (grapevine fanleaf virus, GFLV) est présent dans la plupart des vignobles du monde, y compris en France, où il infecte 60 % de la surface du vignoble national, soit environ 550 000 hectares, et induit des pertes évaluées à environ un milliard d’euros par an [M. Fuchs, résultats non publiés]. Des pertes identiques dues au virus sphérique du tungro du riz (rice tungro spherical virus, TRSV), au virus bacilliforme du tungro du riz (rice tungro baccilliform virus, RTBV) et au virus du rabougrissement du riz (rice ragged stunt virus, RRSV) sont estimées pour le riz en Asie du Sud-Est [24]. Ces trois exemples illustrent l’importance économique des virus phytopathogènes et la nécessité de réduire les pertes de récoltes qu’ils occasionnent pour pallier l’insécurité alimentaire et pour maintenir la compétitivité de certaines filières professionnelles.

Les mesures prophylactiques ont longtemps été le seul moyen pour limiter les dégâts dus aux virus. Elles reposent sur la sélection sanitaire, l’identification des plants virosés et leur remplacement par des plants sains. Ces approches permettent de prévenir l’introduction d’un nouveau virus dans une région ou une culture donnée et de limiter les foyers primaires d’infection et les épidémies précoces. En effet, la sélection sanitaire des plantes à multiplication végétative (pomme de terre, œillet, arbres fruitiers, petits fruits, vigne, etc.) et des semences (laitue, haricot, pois, oignon, arachide, etc.) consiste à identifier des pied-mères qui présentent des caractéristiques horticoles, nutritionnelles et/ou organoleptiques intéressantes et sont indemnes de virus, et à les multiplier ou à leur faire produire des graines à l’abri de contaminations dans des zones indemnes isolées. Les plantes et graines certifiées obtenues sont contrôlées par divers tests de détection de virus (inspection visuelle, rétro-inoculation, greffage sur variété indicatrice, analyse immunochimique de type Elisa, analyse moléculaire basée sur la PCR, etc.) au cours des étapes successives de leur production pour garantir leur état phytosanitaire. Ces mesures sont d’une grande efficacité parce qu’elles permettent des plantations indemnes de virus. Cependant, une culture peut devenir infectée par l’intermédiaire des vecteurs de virus, comme des arthropodes, champignons, plasmodiophorides et nématodes, et via le pollen et certaines pratiques culturales (taille, blessures dues à la mécanisation des cultures à hautes densités de plantation, conditions sanitaires inadaptées des cultures sous abris, etc.) dans le cas des virus mécaniquement transmissibles.

Les maladies virales sont incurables au champ. Une plante infectée par un virus le restera durant la totalité de son cycle de développement. Certaines pratiques culturales permettent de limiter les épidémies virales en décalant la date de plantation pour éviter les pics de populations de vecteurs de virus et en éliminant les sources de virus parmi les adventices et les plantes cultivées [33]. L’efficacité des vecteurs peut également être perturbée en utilisant des paillages plastiques dans le cas de cultures annuelles et des produits chimiques. Dans l’état de Géorgie aux Etats-Unis d’Amérique, une dizaine d’applications d’insecticides et d’huiles minérales est effectuée en routine pour diminuer les populations de pucerons vecteurs chez les cucurbitacées, y compris les courges, les concombres et les melons, et par conséquent, pour réduire la dissémination des virus [33]. Toutefois, l’ensemble de ces mesures dirigées contre les vecteurs de virus est souvent d’une efficacité aléatoire.

Les méthodes de lutte qui ciblent directement les virus sont les plus efficaces en matière de protection des plantes. Elles reposent sur la prémunition et l’utilisation de variétés résistantes. La prémunition consiste à protéger une plante d’une infection par une souche virale agressive en l’inoculant au préalable par une souche virale atténuée [11]. Elle a été utilisée avec succès pour protéger plusieurs cultures. À titre d’exemple, on peut citer les agrumes protégés du virus de la tristesse des agrumes (citrus tristeza virus, CTV), la courgette protégée du virus de la mosaïque jaune de la courgette (zucchini yellow mosaic virus, ZYMV) et le papayer protégé du virus des taches annulaires de la papaye (papaya ringspot virus, PRSV) [11]. La prémunition est mise en œuvre sans pour autant que ses mécanismes soient bien cernés, même si l’extinction de l’expression génique et d’autres phénomènes semblent impliqués [37]. Néanmoins, cette approche n’est pas toujours suffisante pour protéger de façon efficace et durable une culture.

L’utilisation de variétés résistantes est l’approche la plus efficace pour lutter contre les virus phytopathogènes. Les voies d’amélioration classique, pour lesquelles des plantes résistantes sont obtenues par croisements et rétrocroisements entre espèces compatibles, ont permis de sélectionner des variétés avec une résistance accrue vis-à-vis de nombreux virus [28]. À titre d’exemples, le gène Tm22 est utilisé pour lutter contre le virus de la mosaïque du tabac (tobacco mosaic virus, TMV) chez la tomate, le gène mo1 pour lutter contre le virus de la mosaïque de la laitue (lettuce mosaic virus, LMV) chez la laitue et les gènes Rx et Ry pour lutter respectivement contre les virus X (potato virus X, PVX) et Y (potato virus Y, PVY) de la pomme de terre [28]. Toutefois, l’amélioration classique est d’une utilité limitée lorsque aucune source de résistance n’est identifiée dans les collections de variétés cultivées ou sauvages d’une espèce donnée et lorsque les difficultés d’hybridation, voire les incompatibilités entre espèces, compliquent la tâche des améliorateurs.

Le génie génétique a ouvert la voie à des approches innovantes de protection des plantes contre les maladies virales. Cette approche consiste à isoler des fragments du génome viral et à les introduire dans le génome de plantes pour induire une résistance en appliquant le concept de résistance dérivée du pathogène [38]. Il s’en suit un phénomène d’extinction de l’expression génique qui conduit à une destruction du génome viral par la plante selon un mécanisme séquence spécifique [2, 47-50].

Cette revue fait un état de l’art de la création des plantes transgéniques résistantes aux virus phytopathogènes avec un intérêt particulier pour celles qui sont utilisées dans la pratique agricole. Elle propose d’illustrer les avantages et les risques éventuels liés à leur développement afin de dresser un bilan de nos connaissances actuelles sur leur impact réel, cela sur la base de travaux de recherche menés depuis plus de 15 ans. Elle dresse également un bilan de la culture de courges et de papayers transgéniques depuis plus de 10 ans aux Etats-Unis d’Amérique et propose des perspectives sur l’exploitation, en France, des plantes transgéniques dans une optique d’assistance aux filières professionnelles dans leur quête de méthodes innovantes de lutte contre les maladies virales.

Concept de résistance dérivée du pathogène et création de plantes transgéniques résistantes aux virus phytopathogènes

Le concept de résistance dérivée du pathogène a été élaboré en 1985 [38]. Dans le cas des virus phytopathogènes, une séquence d’origine virale codant ou non une protéine est transférée, soit sous forme d’ADN complémentaire dans le cas de virus à génome ARN, soit sous forme d’ADN dans le cas de virus à génome ADN, dans le génome d’une plante afin de perturber le cycle de multiplication du virus et de conférer un phénotype de résistance (figure 1). Pour ce faire, il faut disposer d’un gène ou d’un fragment d’un gène viral, d’un promoteur et d’un terminateur qui sont indispensables à son expression dans la plante, et d’un système qui permet l’introduction de cette information génétique d’origine virale dans le génome de la plante (figure 1). La technique communément utilisée pour transférer une nouvelle information génétique à une plante, par exemple un nouveau caractère de résistance vis-à-vis d’un virus, tire profit de la bactérie du sol, Agrobacterium tumefaciens, et de son plasmide Ti (tumor inducing) désarmé [18].

Le concept de résistance dérivée du pathogène a été validé vis-à-vis d’un virus de plante en 1986 [34]. Le gène de la protéine de capside du TMV a été introduit chez le tabac et les plantes transgéniques ainsi obtenues étaient résistantes au TMV [34]. Ces travaux ont véritablement révolutionné le développement de méthodes de lutte contre les virus phytopathogènes en ouvrant une nouvelle voie de création de plantes résistantes. Depuis l’aboutissement de ces travaux, le gène de la capside a été utilisé avec succès pour induire une résistance à de nombreux virus de plantes [14, 42]. Toutefois, d’autres séquences d’origine virale ont également été utilisées pour conférer un phénotype de résistance, notamment les gènes de la réplicase, de la protéase, de la protéine de mouvement, des séquences non codantes, des ARN satellite et des ARN défectifs interférents [14].

À la fin des années 1980 et au début des années 1990, une relation directe entre le niveau d’expression de la protéine virale exprimée par les plantes transgéniques et le degré de résistance à l’infection virale était envisagée [14, 31, 34, 42]. Toutefois, il s’est rapidement avéré qu’une protection des plantes transgéniques était possible en l’absence de l’expression de protéines virales fonctionnelles [31]. Au courant de la dernière décennie, il a été démontré que la plupart des plantes transgéniques résistent à l’infection virale en stimulant l’extinction de l’expression génique (figure 2). En effet, la résistance est plutôt corrélée à une forte transcription des transgènes mais une faible accumulation des transcrits dans le cytoplasme, indiquant une dégradation de l’ARN au niveau post-transcriptionnel selon un mécanisme séquence spécifique [2, 31, 47]. Dans ce cas, l’expression de séquences virales induit l’extinction de l’expression génique qui conduit à la dégradation des ARN messagers du transgène et des séquences du génome viral infectant la plante transgénique, à condition que le génome viral présente une forte homologie de séquence au niveau nucléotidique avec le transgène viral [2, 47]. L’extinction de l’expression génique s’opère selon diverses voies, mais elle dépend d’une cascade d’événements communs qui est activée par des molécules d’ARN double brin (ARNdb) [2, 47-50]. Ces ARNdb sont clivés en ARN duplexes de 21 à 24 paires de base, appelés petits ARN interférant (small interfering RNA, siRNA), par l’enzyme Dicer et ses homologues (figure 2). L’un des deux brins de siRNA est alors incorporé dans un complexe ribonucléoprotéique appelé RISC (RNA-induced silencing) (figure 2). Ce complexe dégrade les molécules d’ARN simple brin (ARNsb) cellulaires qui présentent une séquence nucléotidique identique à celle des siRNA, comme le génome d’un virus infectant une plante transgénique ou son transcrit [2, 47-50] (figure 2).

L’extinction de l’expression génique est un mécanisme naturel de défense des plantes qui est déclenché par un ARNdb et qui cible la destruction de molécules d’ARNsb fortement homologues [2, 47-50]. Ce phénomène a été décrit dans les plantes classiques virosées, les plantes prémunies et les plantes transgéniques [2, 25, 37, 47-50]. Les ARNdb peuvent correspondre à des intermédiaires de réplication virale. Ils peuvent également être produits par des polymérases de l’hôte à partir d’ARN viraux ou à partir de constructions transgéniques auto-complémentaires de type épingle à cheveux [49]. Ils sont utilisées comme substrat par des enzymes de type Dicer-like (DCL) pour la production de siRNA. Les plantes possèdent au moins quatre variants de DCL, dont DCL2 et DCL4 qui sont impliqués dans la défense antivirale chez Arabidopsis thaliana [50]. Les séquences virales qui induisent l’extinction de l’expression génique sont souvent méthylées, suggérant un rôle de la méthylation de l’ADN, voire de la structure de la chromatine, dans l’activation et le maintien du mécanisme de défense, sans pour autant qu’une association directe avec la résistance virale soit établie [48, 49]. De plus, des molécules d’ARN dérivées de l’extinction de l’expression de transgènes semblent pouvoir diffuser de façon systémique dans une plante. Toutefois, la nature du signal de diffusion de cellules à cellules puis vers le phloème n’est pas identifiée [48, 49].

Les virus phytopathogènes ont la capacité de stimuler mais également d’interférer avec l’extinction de l’expression génique [35]. En effet, certains virus codent pour des protéines qui réduisent l’efficacité de cette défense antivirale. Ces protéines agissent à différents niveaux de la cascade d’événements de l’extinction de l’expression génique. Certaines protéines virales séquestrent les siRNA et bloquent leur incorporation au niveau des complexes RISC ; d’autres agissent sur les enzymes et les cofacteurs des événements de défense antivirale [35], soit en recrutant des suppresseurs endogènes, soit en accélérant la dégradation des enzymes du complexe RISC [35, 48].

La résistance induite a été éprouvée en laboratoire et de multiples essais au champ ont confirmé son efficacité en conditions naturelles d’infection virale et de croissance des plantes [14, 42]. Cette nouvelle stratégie de lutte contre les virus a fait son entrée dans la pratique agricole aux Etats-Unis. En effet, des courges transgéniques résistant au ZYMV, au virus de la mosaïque de la pastèque (watermelon mosaic virus, WMV) et/ou au virus de la mosaïque du concombre (cucumber mosaic virus, CMV) [13, 16, 44] (figure 3) et des papayers transgéniques résistant au PRSV [7, 19] (figure 4) sont cultivés respectivement depuis 1995 et 1998. Des pommes de terre transgéniques résistantes au PVY et au virus de l’enroulement de la pomme de terre (potato leafroll virus, PLRV) ont également été cultivées de 1998 à 2000 aux Etats-Unis avant d’être retirées du marché à la suite de réticences de groupes agro-alimentaires pour des raisons de stratégies économiques et politiques [26]. En République populaire de Chine, des tomates et des poivrons transgéniques résistants au CMV sont également cultivés [14]. Toutefois, le taux d’adoption de ces cultures n’est pas connu.

Avantages liés à l’utilisation des plantes transgéniques pour la lutte contre les virus phytopathogènes

Les avantages des plantes transgéniques résistantes aux virus sont d’ordre socio-économique, agronomique, épidémiologique et environnemental. Les plantes transgéniques sont particulièrement avantageuses pour la lutte contre les virus phytopathogènes lorsque aucun gène de résistance n’est identifié ou utilisable. C’est le cas, entre autres, pour le GFLV et le PRSV. En effet, pour ces deux virus, aucune espèce résistante n’est connue dans les collections de Vitis ou de Caricaceae. De ce fait, la transgenèse offre une opportunité unique de création de variétés résistantes. Il faut noter que la production de papayes à Hawaï a chuté de presque 60 % entre 1992 et 1998 à cause de la sévérité de l’épidémie du PRSV [14, 19]. À cette époque, plusieurs producteurs ont abandonné leurs exploitations qui n’étaient plus rentables et plus de la moitié des sociétés d’emballage et d’exportation de papayes avaient cessé leurs activités. La culture des papayers transgéniques à partir de 1998 a permis de restaurer une grande partie de la production de papayes, de créer des emplois et, ainsi, de contribuer à la stabilité socio-économique des communautés locales de producteurs à Hawaï [14, 19].

Le génie génétique permet l’introduction d’un nombre limité de gènes dans une espèce tout en conservant ses caractères phénotypiques. De ce fait, il est possible de créer une variété transgénique résistante à un virus tout en maintenant ses caractéristiques horticoles, nutritionnelles et/ou organoleptiques. Une résistance vis-à-vis de plusieurs virus peut être aisément développée en fusionnant des fragments de séquences de divers virus. Ainsi, des courges exprimant conjointement les gènes codant les protéines de capside des ZYMV, WMV et CMV ont été créées [44]. Elles résistent à ces trois virus, qu’elles soient inoculées mécaniquement ou via les pucerons vecteurs [13, 16, 44] (figure 3). Même si des sources de résistance vis-à-vis de ces trois virus ont été identifiées chez les Cucurbitaceae, aucune variété tolérante à la fois à ces trois virus n’a pu être créée par les techniques d’amélioration classiques à cause d’incompatibilités génétiques ou de liaisons avec des caractères indésirables [44]. De plus, dans le cas de virus dont la gamme d’hôtes est large, une séquence virale donnée peut être introduite dans plusieurs espèces, à condition bien évidemment que ces espèces puissent être transformées. Par cette possibilité d’obtention rapide et efficace de multiples espèces portant la même résistance, les plantes transgéniques contribuent fortement au maintien, voire à l’accroissement, de la diversité des cultivars.

La culture des courges transgéniques résistantes aux virus depuis 1995 aux Etats-Unis témoigne de la stabilité et de la durabilité de la résistance induite par transgenèse. De plus, ces plantes permettent une sécurité de rendement avec moins d’aléas, une augmentation des revenus des agriculteurs en restaurant les niveaux initiaux de production en l’absence de virus en 2005 [39]. Les courges transgéniques ont représenté 12 % de la surface cultivée aux Etats-Unis avec un taux élevé dans les états du New Jersey (25 %), de Floride (22 %), de Géorgie (20 %), de Caroline du Sud (20 %) et du Tennessee (20 %) [39].

Elles sont résistantes vis-à-vis des ZYMV, WMV et CMV mais elles ne sont pas immunes [16, 27]. Toutefois, elles réduisent fortement les infections en limitant ces trois virus aux sites initiaux d’infection. De ce fait, la fréquence d’acquisition de ces virus par les pucerons vecteurs est réduite et leur taux de transmission est diminué, voire inexistant, à partir des courges transgéniques parce que ces dernières ne servent pas de sources secondaires d’inoculum viral [27]. Il en est de même pour les papayers transgéniques résistants au PRSV qui réduisent les sources d’inoculum sur plus de la moitié des surfaces cultivées à Hawaï [14, 39]. Une conséquence remarquable de cette caractéristique a été la relance, toutefois risquée, de la culture des papayers non transgéniques à proximité de papayers transgéniques, suite à une réduction significative de la pression virale. De ce fait, la coexistence entre papayers transgéniques et non transgéniques est une réalité à Hawaï [14].

Les plantes transgéniques résistantes aux virus permettent un usage plus raisonné des produits phytosanitaires parce que les traitements contre les vecteurs de virus ne sont plus indispensables [13, 16, 44]. Une réduction des intrants potentiellement nuisibles pour les agriculteurs, l’environnement et les consommateurs dans un système de production est un avantage important.

Risques environnementaux liés à l’utilisation des plantes transgéniques résistantes aux virus

En dépit de leur intérêt pour la lutte contre les maladies virales, les plantes transgéniques résistantes aux virus ont suscité des interrogations légitimes sur leur innocuité pour la santé humaine et l’environnement [14, 42]. Toute technologie comporte un risque, si faible soit-il, qu’il faut évaluer et maîtriser en mettant en place un cadre réglementaire rigoureux afin de parer aux dommages éventuels. Ainsi, pour les plantes transgéniques, on peut s’interroger sur leur impact environnemental. Les problèmes envisageables sont associés à l’introduction et à l’expression constitutive de séquences d’origine virale dans le génome des plantes, même s’il existe des cas pour lesquels la présence de séquences virales endogènes est connue [21, 22, 40, 41]. Les transgènes viraux présentent-ils un risque pour l’environnement ? Quelles en sont les conséquences potentielles sur l’émergence de nouvelles espèces virales et sur l’évolution des populations virales ? Les paragraphes suivants résument nos connaissances dans ce domaine. Ces connaissances sont plus amplement explorées dans une autre revue vers laquelle le lecteur est invité à se reporter [14].

Complémentation fonctionnelle et plantes transgéniques résistantes aux virus

Dans le cas de plantes transgéniques exprimant un gène viral codant une protéine, une complémentation fonctionnelle est envisageable [14, 42]. En effet, la protéine virale pourrait conférer une propriété nouvelle à un virus apparenté qui infecte la plante transgénique, via le phénomène de transencapsidation qui est une forme de complémentation fonctionnelle (figure 5). Dans ce scénario, la protéine de capside exprimée par la plante transgénique peut encapsider partiellement ou entièrement l’ARN du virus infectant. Cette interaction peut modifier l’aptitude de transmission d’un virus par un vecteur parce que la protéine de capside porte généralement les déterminants de la spécificité de transmission [3] (figure 5). De même, il est envisageable qu’une protéine exprimée par la plante transgénique puisse complémenter une protéine mutée non fonctionnelle.

La complémentation fonctionnelle a été décrite en condition de laboratoire [14]. Ce phénomène a également été directement impliqué dans la transmission par pucerons d’un isolat mutant du ZYMV dont la dissémination par vecteur est défective [29]. Néanmoins, des études épidémiologiques ont permis de déterminer la vraisemblance de la transencapsidation en champ et d’en identifier les conséquences. Ainsi, l’assistance hétérologue n’a généralement pas été détectée [14, 15, 43], sauf dans le cas de courges transgéniques, sans pour autant déclencher de nouvelles épidémies virales [12]. Les études de biosécurité et les études des mécanismes de la résistance induite suggèrent que la complémentation fonctionnelle dans le cas de plantes transgéniques résistantes aux virus a une faible vraisemblance et que les dommages éventuels sont négligeables [14]. Il faut bien noter que les situations d’assistance hétérologue ne modifient pas le génome viral ; elles n’affectent que le phénotype, les modifications ne se perpétuant pas dans la descendance virale (figure 5). De plus, l’utilisation de transgènes viraux qui ne codent pas une protéine fonctionnelle permet de limiter, voire de réduire à néant, les risques de complémentation fonctionnelle. Il faut également garder à l’esprit que la transencapsidation n’est pas un phénomène nouveau, étant déjà décrit dans le cas de plantes non transgéniques soumises à des infections virales multiples [14].

Recombinaison et plantes transgéniques résistantes aux virus

Dans le cas de plantes transgéniques exprimant une séquence virale, une recombinaison est également envisageable entre les ARN messagers du gène viral et l’information génétique d’un virus infectant [14, 42] (figure 6). Dans ce cas, les modifications affectent le génome viral et, par conséquent, elles sont transmises à la descendance virale (figure 6). Elles peuvent éventuellement favoriser l’émergence de nouvelles espèces virales ou changer les propriétés biologiques de virus existant, y compris leur pathogénicité, leur gamme d’hôte et leur spécificité de transmission par les vecteurs [14, 42].

De nombreuses études menées en laboratoire ont montré que les échanges d’information géniques sont possibles entre ARN messagers issus de l’expression de transgènes d’origine virale et des virus infectant les plantes transgéniques [14, 20, 42]. La pression de sélection exercée sur le virus infectant s’est avéré être un facteur primordial pour l’émergence des virus chimériques. Ainsi, en conditions de forte pression de sélection, c’est-à-dire lorsque la recombinaison confère un avantage important au virus pour sa multiplication ou son maintien, la fréquence de développement de virus recombinant dans les plantes transgéniques est élevée [14]. Au contraire, cette fréquence est fortement diminuée, voire inhibée, en condition de pression modérée de sélection [14]. Des études d’épidémiologie virale et de dynamique de populations virales portant sur des plantes transgéniques cultivées au champ, qu’elles soient herbacées ou pérennes, n’ont pas permis de mettre en évidence l’émergence de virus recombinant [30, 43, 45, 46], même après une dizaine d’années de culture [8]. De ce fait, la vraisemblance de création de nouvelles espèces virales à partir d’événements de recombinaison entre transgène viral et génome viral est faible [6, 14]. Il ne faut pas perdre de vue non plus que la recombinaison génétique est impliquée dans l’évolution des virus et se produit naturellement lors d’infections de plantes classiques. Ce phénomène n’est donc pas spécifique aux plantes transgéniques exprimant des gènes d’origine virale. De plus, il est vraisemblable que ce type d’échange d’information génétique est davantage réduit avec l’utilisation de plantes transgéniques pour lesquelles l’extinction de l’expression génique est active puisque l’ARN messager du transgène ne s’accumule pas.

Flux de gènes et plantes transgéniques résistantes aux virus

Une autre source d’inquiétude repose sur le risque de flux des transgènes. Les séquences d’origine virale, qui confèrent une résistance, peuvent être dispersées par le pollen d’une espèce transgénique cultivée à une espèce sauvage apparentée [14, 42]. Les hybrides issus de tels croisements peuvent devenir résistants à l’infection virale et ainsi acquérir un avantage sélectif et éventuellement une capacité accrue de colonisation. Par conséquent, le flux de transgènes viraux pourrait favoriser l’émergence d’adventices qui perturbent certains écosystèmes et menacent la biodiversité [14]. De ce fait, il est primordial d’étudier l’effet des transgènes d’origine virale sur les populations d’adventices.

Le transfert de gènes a été décrit en conditions expérimentales au champ entre des courges transgéniques (cucurbita pepo spp. ovifera var. ovifera) et une espèce sauvage (cucurbita pepo spp. ovifera var. texana) [9]. Ce transfert a eu lieu sur plusieurs générations de plantes en l’absence de pression virale. Au contraire, en présence de virus à un stade précoce de développement des plantes, il n’a pas perduré au-delà de la première génération de plantes étudiées [9]. Cela est dû au fait que les virus ont fortement affecté la croissance et le potentiel reproductif des courges sauvages. Par conséquent, très peu de stigmates de plantes sauvages étaient disponibles pour la réception de pollen transgénique.

Les hybrides issus du flux de transgènes ont présenté un fitness accru en conditions de forte pression virale. En effet, la résistance vis-à-vis des ZYMV, WMV et CMV a induit une vigueur plus élevée chez les hybrides et une production supérieure de fruits et de graines [10]. Au contraire, en l’absence de virus, le fitness des courges sauvages était supérieur à celui des hybrides testés [10]. Ces études ont éclairé, là encore, l’importance du niveau de la pression de sélection sur l’éventuelle compétitivité des hybrides issus de croisements entre courges transgéniques et courges sauvages via dispersion par le pollen. Par conséquent, il est primordial d’apprécier l’incidence des virus dans les écosystèmes naturels des courges sauvages [9, 10].

Des études épidémiologiques ont montré que les virus, ZYMV, WMV et CMV inclus, ne sont pas endémiques dans les habitats naturels de courges sauvages aux Etats-Unis [14]. De ce fait, ils ne limitent pas la dynamique des populations de courges sauvages. Il est donc raisonnable d’anticiper que les dommages environnementaux liés aux flux de transgènes sont vraisemblablement limités dans le cas des courges. Des travaux semblables avec des betteraves sucrières ont abouti à des conclusions similaires [1]. Il faut signaler que les risques et les dommages éventuels liés aux flux de gènes concernent les plantes transgéniques autant que les plantes classiques résistantes aux virus [14]. En effet, ce sont la fonction et les caractéristiques du (trans)gène qui suscitent des interrogations, pas la méthodologie de développement des plantes [14]. Le flux de gènes est bien documenté pour de nombreuses espèces non transgéniques [5], y compris des espèces résistantes aux virus et, à ce jour, aucune adventice possédant un avantage sélectif et une capacité accrue de colonisation n’a été observée en lien direct avec la résistance virale.

Risques sanitaires liés à l’utilisation des plantes transgéniques résistantes aux virus

Les gènes d’origine virale qui codent une protéine fonctionnelle peuvent éventuellement accentuer les problèmes d’allergénicité s’ils contiennent des acides aminés et des épitopes identiques aux protéines allergènes [14]. Les séquences d’origine virale exprimées par les plantes transgéniques présentent-elles un risque pour la santé humaine ?

Plusieurs études de prédiction d’allergénicité utilisant des outils bio-informatiques ont montré que les gènes de protéine de capside exprimés par les courges et les papayers transgéniques qui sont cultivés aux Etats-Unis ne présentent aucun risque en termes d’allergie [14, 23]. Il en est de même des pommes de terre transgéniques résistantes aux PVY et PLRV qui étaient cultivées à la fin des années 1990, ainsi que des pruniers transgéniques résistants au PPV qui viennent d’être exemptés de certaines exigences réglementaires aux Etats-Unis [14]. Il faut rappeler que les virus phytopathogènes sont fréquents et qu’ils infectent de nombreuses espèces cultivées, notamment des espèces dont les fruits, les feuilles et/ou les racines sont consommés. Aucun cas d’allergénicité ni de toxicité pour l’homme n’a été mis en évidence à ce jour. De ce fait, les risques d’allergie associés aux plantes transgéniques résistantes aux virus sont extrêmement peu vraisemblables [14]. Il est également raisonnable d’anticiper que les risques sanitaires sont réduits, voire inexistants, si l’extinction génique est active. En plus des gènes viraux, le gène nptII (néomycine phosphotransférase II) du transposon Tn5 d’Escherichia coli est communément utilisé en transgenèse végétale comme marqueur de sélection parce qu’il confère une résistance aux antibiotiques de la famille des aminoglycosides, comme la kanamycine. L’étude de l’impact éventuel du gène nptII a abouti aux mêmes conclusions d’innocuité [17, 36].

Conclusions et perspectives

L’insertion et l’expression de séquences virales dans les plantes ont ouvert de nouvelles perspectives pour la création de variétés résistantes aux virus phytopathogènes. Toutefois, l’expression de séquences virales a suscité des interrogations à propos de l’impact des plantes transgéniques sur la santé humaine et sur l’environnement [14, 42]. Il faut signaler que l’ensemble des questions soulevées avec les plantes transgéniques s’applique également aux plantes classiques. De ce fait, ce n’est pas tant un événement en tant que tel (allergénicité, complémentation fonctionnelle, recombinaison ou flux de transgènes), mais plutôt ses conséquences qu’il est primordial d’éclairer [14]. Toutefois, les questions de risques sanitaires et environnementaux doivent être éclairées en réalisant des travaux de recherche réalistes qui reposent sur des hypothèses scientifiques bien formulées [14, 36]. De plus, il est impératif de comparer les risques réels aux avantages des plantes transgéniques et de mesurer cet équilibre par rapport aux pratiques agricoles en usage [14].

De nombreuses études de biosécurité ont été menées depuis 15 ans pour répondre aux diverses interrogations. Les essais au champ menés dans divers écosystèmes avec plusieurs espèces transgéniques, notamment des cultures maraîchères et fruitières, y compris des cultures pérennes, et avec des virus appartenant à des genres et à des familles taxonomiques multiples, ont montré une vraisemblance faible des risques sanitaires et environnementaux [8-10, 12, 14, 30, 43, 45, 46]. De surcroît, bien que non avérés, les risques sanitaires et environnementaux sont aisément maîtrisables puisque la plupart sont déjà gérées avec les plantes non transgéniques. De même, aucun dommage n’a été signalé avec la commercialisation de courges transgéniques depuis 12 ans et de papayers transgéniques depuis 9 ans [14]. Il semble donc que les avantages l’emportent largement sur les risques [8, 14]. À ce titre, il convient de rappeler que la plupart des pratiques agricoles font appel à des traitements phytosanitaires pour lutter contre les vecteurs de virus, dont l’impact sur l’environnement et sur la santé humaine est infiniment plus préoccupant que l’expression d’une séquence virale chez une plante. Nos connaissances des biorisques permettent un recul pour apprécier l’importance réelle des événements qui méritent la mise en place d’un dispositif de vigilance. Ainsi, en l’état actuel de nos connaissances, il apparaît que la complémentation fonctionnelle, la recombinaison et la sécurité alimentaire en termes d’allergénicité et de toxicité ne sont pas des sources plausibles d’inquiétudes [14]. Par contre, les conséquences des flux de transgènes méritent une attention particulière qui doit être gérée au cas par cas [14].

Les virus provoquent des dégâts et des dommages considérables. La création de variétés résistantes sur la base de l’application du concept de résistance dérivée du pathogène, procédant du mécanisme d’extinction de l’expression génique, a été suffisamment éprouvée pour affirmer avec certitude que cette technologie est efficace pour lutter contre les maladies virales. Toutefois, seul un nombre restreint d’espèces transgéniques résistantes a fait son entrée dans la pratique agricole aux Etats-Unis sur environ 3500 hectares et en République populaire de Chine. On peut s’interroger sur les raisons de cette situation. La complexité des exigences réglementaires, voire leurs coûts prohibitifs ou même certains principes dénués de fondements scientifiques [36] peuvent décourager la communauté scientifique. Les difficultés juridiques liées aux droits de propriétés intellectuelles et leur exploitation peuvent également limiter la culture des plantes transgéniques pour lutter contre les virus. Les décisions des représentants de filières professionnelles et des décideurs politiques à l’encontre de la création de plantes transgéniques et de leur utilisation dans la pratique agricole expliquent également cette situation.

La France a été pionnière dans le domaine de création de variétés transgéniques résistantes aux virus dès le début des années 1990, notamment de porte-greffes de vigne [32]. Cette avancée technologique s’est rapidement estompée et il faut s’interroger sur les perspectives. Les plantes transgéniques résistantes aux virus n’échappent pas au débat éthique, sociétal et politique qui dure maintenant depuis plus de 20 ans. Dans ce contexte, la France a choisi de poursuivre des recherches fondamentales compétitives mais de ne pas maîtriser l’expertise dans une optique d’application et d’assistance aux filières professionnelles dans leur quête de méthodes innovantes de lutte contre les maladies virales. Cette constatation laisse songeur, notamment dans le cas de la filière vitivinicole, sachant que 60 % de la surface du vignoble hexagonal sont infectés par le GFLV. Dorénavant, la France accumule un retard dans ce domaine. Ce retard risque de s’accélérer et de handicaper l’avenir de l’indépendance de la viticulture nationale, et de l’agriculture en général, si de nouvelles orientations ne sont pas choisies dans un futur immédiat. Permettre d’éclairer la connaissance et de faire progresser la compréhension des enjeux est primordial pour favoriser un débat constructif et les prises de décision. Dans ce contexte, une prise en compte des arguments et des recommandations de la communauté scientifique serait souhaitable. L’avenir est incertain sans innovation ; toute innovation présente un risque et il n’y a aucun progrès sans risque.

Remerciements

L’auteur remercie vivement C. Schmitt-Keichinger (IBMP, Université Louis Pasteur et CNRS, Strasbourg) pour sa lecture critique de l’article et ses conseils avisés. Une partie des travaux décrits dans cette revue a été financée par l’Institut national de la recherche agronomique, la Communauté européenne, l’United States Department of Agriculture, Cornell University et le New York State Department of Agriculture and Markets.

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