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.
Références
1 Bartsch D, Schmidt M, Pohl-Orf M, Haag C,
Schuphan I. Competitiveness of transgenic sugar beet resistant
to beet necrotic yellow vein virus and potential impact on wild
beet populations. Mol Ecol 1996 ; 5 : 199-205.
2 Baulcombe D. RNA silencing in plants. Nature 2004 ;
431 : 356-63.
3 Callaway A, Giesman-Cookmeyer D, Gillock ET,
Sit TL, Lommel SA. The multifunctional capsid proteins of
plant RNA viruses. Annu Rev Phytopathol 2001 ; 39 :
419-60.
4 Cambra M, Capote N, Myrta A, Llácer G.
Plum pox virus and the estimated costs associated with sharka
disease. EPPO Bulletin 2006 ; 36 : 202-4.
5 Ellstrand N, Prentice HC, Hancok JF. Gene flow
and introgression from domesticated plants into their wild
relatives. Annu Rev Ecol Syst 1999 ; 30 : 539-63.
6 Falk BW, Bruening G. Will transgenic crops generate
new viruses and new diseases? Science 1994 ; 163 :
1395-6.
7 Ferreira SA, Pitz KY, Manshardt R, Zee F,
Fitch M, Gonsalves D. Virus coat protein transgenic
papaya provides practical control of papaya ringspot virus in
Hawaii. Plant Dis 2002 ; 86 : 101-5.
8 Fuchs M, Cambra M, Capote N, et al. Safety
assessment of transgenic plums and grapevines expressing viral coat
protein genes : New insights into real environmental impact of
perennial plants engineered for virus resistance. J Plant Pathol
2007 ; 89 : 5-12.
9 Fuchs M, Chirco EM, Gonsalves D. Movement of
coat protein genes from a virus-resistant transgenic squash into a
free-living relative. Environ Biosaf Res 2004 ; 3 :
5-16.
10 Fuchs M, Chirco EM, McFerson J,
Gonsalves D. Comparative fitness of a free-living squash
species and free-living x virus-resistant transgenic squash
hybrids. Environ Biosaf Res 2004 ; 3 : 17-28.
11 Fuchs M, Ferreira S, Gonsalves D. Management of virus
diseases by classical and engineered protection. Mol Plant Pathol
On-line 1997 ; www.bspp.org.uk/mppoll 1997/0116fuchs.
12 Fuchs M, Gal-On A, Raccah B, Gonsalves D.
Epidemiology of an aphid nontransmissible potyvirus in fields of
nontransgenic and coat protein transgenic squash. Trans Res
1999 ; 99 : 429-39.
13 Fuchs M, Gonsalves D. Resistance of transgenic
squash Pavo ZW-20 expressing the coat protein genes of zucchini
yellow mosaic virus and watermelon mosaic virus 2 to mixed
infections by both potyviruses. Bio/Technol 1995 ; 13 :
1466-73.
14 Fuchs M, Gonsalves D. Safety of virus-resistant
transgenic plants two decades after their introduction :
Lessons from realistic field risk assessment studies. Annu Rev
Phytopathol 2007 ; 45 : 173-202.
15 Fuchs M, Klas FE, McFerson JR,
Gonsalves D. Transgenic melon and squash expressing coat
protein genes of aphid-borne viruses do not assist the spread of an
aphid non-transmissible strain of cucumber mosaic virus in the
field. Trans Res 1998 ; 7 : 1-14.
16 Fuchs M, Tricoli DM, McMaster JR, et al.
Comparative virus resistance and fruit yield of transgenic squash
with single and multiple coat protein genes. Plant Dis 1998 ;
82 : 1350-6.
17 Fuchs RL, Ream JE, Hammond BG, Naylor MW,
Leimgruber RM, Berberich SA. Safety assessment of the
neomycin phosphotransferase-II (npt II) protein. Bio/Technol
1993 ; 11 : 1543-7.
18 Gelvin SB. Agrobacterium-mediated plant
transformation : the biology behing the
« gene-jockeying » tool. Microbiol Mol Biol Rev
2003 ; 67 : 16-37.
19 Gonsalves D. Control of papaya ringspot virus in
papaya : a case study. Annu Rev Phytopathol 1998 ;
36 : 415-37.
20 Greene AE, Allison RF. Recombination between viral
RNA and transgenic plant transcripts. Science 1994 ;
263 : 1423-5.
21 Hansen CN, Harper G, Heslop-Harrison JS.
Characterisation of pararetrovirus-like sequences in the genome of
potato (Solanum tuberosum). Cytogenet Genome Res 2005 ;
110 : 1-4.
22 Harper G, Hull R, Lockhart B,
Olszewski N. Viral sequences integrated into plant genomes.
Annu Rev Phytopathol 2002 ; 40 : 119-36.
23 Hileman RE, Silvanovich A, Goodman RE,
et al. Bioinformatic methods for allergenicity assessment
using a comprehensive allergen database. Int Arch Allergy Immunol
2002 ; 128 : 280-91.
24 Hull R. Economic losses due to plant viruses :
disease symptoms and host range. In : Hull R, ed.
Matthew’s plant virology. 4th Edition. London : Academic
Press, 2002 : 47.
25 Jovel J, Walker M, Sanfaçon H. Recovery of
Nicotiana benthamiana plants from a necrotic response induced by a
nepovirus is associated with RNA silencing but not with reduced
virus titer. J Virol 2007 ; 81 : 12285-97.
26 Kaniewski WK, Thomas PE. The potato story. Agric
Biol Forum 2004 ; 7 : 41-6.
27 Klas FE, Fuchs M, Gonsalves D. Comparative
spatial spread overtime of Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV) and
Watermelon mosaic virus (WMV) in fields of transgenic squash
expressing the coat protein genes of ZYMV and WMV, and in fields of
nontransgenic squash. Trans Res 2006 ; 15 : 527-41.
28 Lecoq H, Moury B, Desbiez C, Palloix A,
Pitrat M. Durable virus resistance in plants through
conventional approaches : a challenge. Virus Res 2004 ;
100 : 31-9.
29 Lecoq H, Ravelonandro M, Wipf-Scheibel C,
Mansion M, Raccah B, Dunez J. Aphid transmission of
a non-aphid transmissible strain of zucchini yellow mosaic virus
from transgenic plants expressing the capsid protein of plum pox
potyvirus. Mol Plant Microbe Interact 1993 ; 6 :
403-6.
30 Lin HX, Rubio L, Smythe A, Jiminez M,
Falk BW. Genetic diversity and biological variation among
California isolates of Cucumber mosaic virus. J Gen Virol
2001 ; 84 : 249-58.
31 Lindbo JA, Dougherty WG. Plant pathology and
RNAi : a brief history. Annu Rev Phytopathol 2005 ;
43 : 191-204.
32 Mauro MC, Toutain S, Walter B, et al.
High efficiency regeneration of grapevine plants transformed with
the GFLV coat protein gene. Plant Sci 1995 ; 112 :
97-106.
33 Perring TM, Gruenhagen NM, Farrar CA.
Management of plant viral disease through chemical control of
insect vectors. Annu Rev Entomol 1999 ; 44 : 457-81.
34 Powell-Abel P, Nelson RS, De B, et al.
Delay of disease development in transgenic plants that express the
tobacco mosaic virus coat protein gene. Science 1986 ;
232 : 738-43.
35 Qu F, Morris TJ. Suppressors of RNA silencing
encoded by plant viruses and their role in viral infections. FEBS
Lett 2005 ; 579 : 5958-64.
36 Ramessar K, Peremarti A, Gómez-Galera S,
et al. Biosafety and risk assessment framework for selectable
marker genes in transgenic crops plants : a case of the
science not supporting the politics. Trans Res 2007 ;
16 : 261-80.
37 Roosinck MJ. Symbiosis versus competition in plant virus
evolution. Nat Rev Microbiol 2005 ; 3 : 917-24.
38 Sanford JC, Johnston SA. The concept of
parasite-derived resistance-deriving resistance genes from the
parasite’s own genome. J Theor Biol 1985 ; 113 :
395-405.
39 Shankula S. Quantification of the impacts on US agriculture
of biotechnology-derived crops planted in 2005. 2006 ;
www.ncfap.org.
40 Staginnus C, Richert-Pöggeler KR. Endogenous
pararetroviruses : two-faced travelers in the plant genomne.
Trends Plant Sci 2006 ; 11 : 485-91.
41 Tanne E, Sela I. Occurrence of a DNA sequence of a
non-retro RNA virus in a host plant genome and its
expression : evidence for recombination between viral and host
RNAs. Virology 2005 ; 332 : 614-22.
42 Tepfer M. Risk assessment of virus-resistant transgenic
plants. Annu Rev Phytopathol 2002 ; 40 : 467-91.
43 Thomas PE, Hassan S, Kaniewski WK,
Lawson EC, Zalewski JC. A search for evidence of virus
/transgene interactions in potatoes transformed with the potato
leafroll virus replicase and coat protein genes. Mol Breed
1998 ; 4 : 407-17.
44 Tricoli DM, Carney KJ, Russell PF, et al.
Field evaluation of transgenic squash containing single or multiple
virus coat protein gene constructs for resistance to Cucumber
mosaic virus, Watermelon mosaic virus 2, and Zucchini yellow mosaic
virus. Bio /Technol 1995 ; 13 : 1458-65.
45 Vigne E, Bergdoll M, Guyader S, Fuchs M.
Population structure and genetic diversity within Grapevine fanleaf
virus isolates from a naturally infected vineyard : evidence
for mixed infection and recombination. J Gen Virol 2004 ;
85 : 2435-45.
46 Vigne E, Komar V, Fuchs M. Field safety
assessment of recombination in transgenic grapevines expressing the
coat protein gene of Grapevine fanleaf virus. Trans Res 2004 ;
13 : 165-79.
47 Voinnet O. RNA silencing as a plant immune system
against viruses. Trends Genet 2001 ; 17 : 449-59.
48 Voinnet O. Induction and suppression of RNA
silencing : insights from viral infections. Nat Rev Genet
2005 ; 6 : 206-21.
49 Waterhouse PM, Wang MB, Lough T. Gene
silencing as an adaptative defense against viruses. Nature
2001 ; 411 : 834-42.
50 Waterhouse PM, Fusaro AF. Viruses face a double
defense by plant small RNAs. Science 2006 ; 313 :
54-5.
|