OGM et Environnement

Plantes génétiquement transformées : quels risques de dissémination de gènes dans l'environnement ?

Le colza, hybride naturel entre la navette et le chou, peut-il échanger des gènes avec les espèces sauvages apparentées, ravenelle, moutarde et roquette, communément appelées mauvaises herbes ? Question essentielle dans le cas du colza rendu résistant à certains herbicides qui pourrait, par croisement, transférer cette résistance à des plantes dont l'agriculteur cherche précisément à se débarrasser. Ces échanges de gènes sont-ils possibles ? Fréquents ? Stables dans le temps ?... Les éléments de réponse apportés par l'INRA au terme d'une étude de 10 ans alimentent la réflexion du réseau de biovigilance national chargé du suivi des plantes transgéniques au champ.

Anne-Marie Chèvre, Frédérique Eber, Michel Renard
Station d'Amélioration des Plantes, INRA Rennes

La gestion des plantes transgéniques doit tenir compte notamment des risques d'une dissémination éventuelle des transgènes dans les espèces cultivées et sauvages apparentées.

Ces risques existent dans les populations naturelles quand :

- l'espèce cultivée est, au moins partiellement, à reproduction allogame, c'est-à-dire que le pollen provient d'une plante voisine,

- le pollen et/ou des graines peuvent être transportés sur des distances importantes,

- la même espèce ou des espèces voisines spontanées sont présentes dans les zones de culture et fleurissent à la même période.

Le colza, plante modèle

Le colza a été choisi par l'INRA comme modèle car il présente l'ensemble des caractéristiques citées ci-dessus. Il est à 1/3 allogame, c'est-à-dire fécondable par le pollen des fleurs d'une autre plante, pollen et graines peuvent être disséminés. Outre les repousses de colza des années précédentes, plusieurs espèces de la même famille botanique sont présentes dans les zones de culture. De plus, le colza fait partie des espèces de grande culture pour lesquelles des variétés génétiquement modifiées sont d'ores et déjà prêtes à être mises sur le marché : les gènes transférés peuvent conférer une modification de la qualité de la graine, une résistance à certains herbicides, aux maladies voire aux insectes, une stérilité mâle. Certaines de ces variétés sont déjà cultivées à grande échelle en Amérique du Nord. Il apparaît cependant important d'évaluer les flux potentiels de gènes en conditions naturelles, afin d'évaluer les conséquences écologiques, agronomiques et économiques.

La pollinisation du colza est à la fois anémophile (par le vent) et entomophile (par les insectes). Le pollen de colza peut être disséminé sur plusieurs kilomètres. Des essais ont été réalisés dans des dispositifs continus (une parcelle centrale de colza transgénique résistant à un herbicide entourée de la même variété non transgénique), afin de préciser les risques de contamination entre parcelles, et la taille des bandes-tampon à mettre en place pour limiter la dispersion du pollen. Ils ont fait apparaître qu'il existait, dans les premiers mètres, une diminution rapide du flux de pollen. En revanche, un seuil zéro n'a pu être détecté.

Par ailleurs, le colza présente un égrenage important. Les graines peuvent survivre plusieurs années dans le sol. Ceci est une contrainte importante dans la gestion de cette culture.

L'INRA a développé depuis 10 ans un programme de recherche visant à mieux comprendre les relations entre le colza, qui couvre en France aujourd'hui des surfaces importantes (un million d'hectares) et les mauvaises herbes voisines qui appartiennent à la même famille botanique. Quels sont les risques d'échanges génétiques entre une variété de colza génétiquement modifié pour être résistant à un herbicide et la ravenelle, la roquette et la moutarde des champs, plantes indésirables proches du colza.

Aucune étude antérieure sur les flux de gènes spontanés entre le colza et ces espèces n'avait jusqu'alors été réalisée car :

 - ces espèces présentant des structures génomiques distinctes, ne paraissaient pas pouvoir présenter de risque de croisement avec l'espèce cultivée. En effet, le colza, hybride naturel de la navette et du chou n'a pas le même nombre de chromosomes que les espèces sauvages apparentées ;

 - les hybrides interspécifiques qui ont été produits par pollinisation manuelle présentent généralement un fort taux de stérilité. Les travaux d'une équipe danoise montrent cependant qu'il est possible en deux générations d'obtenir des introductions stables de gènes du colza dans le génome de navette. Il faut toutefois préciser que cette dernière espèce, l'un des progéniteurs du colza, est fréquente au Danemark mais l'est moins en France.

Evaluation environnementale du colza transgénique

L'absence d'informations scientifiques sur les flux de gènes du colza vers ses adventices a conduit à mettre en place des programmes pour tenter de répondre aux questions suivantes :

- la production d'hybrides interspécifiques est-elle possible ?

- des échanges entre les génomes en présence peuvent-ils se produire ?

- ces hybrides peuvent-ils produire une descendance après pollinisation par l'espèce adventice?

- par pollinisations successives, est-il possible que des plantes, présentant le même nombre de chromosomes que l'espèce adventice, et ayant intégré de façon stable des gènes provenant du colza, se disséminent ?

- de nouvelles espèces adventices peuvent-elles apparaître si le caractère introduit leur confère un avantage sélectif ?

Pour tenter de répondre à ces questions, des croisements ont été réalisés en serre dans un premier temps, puis en conditions naturelles, d'abord en favorisant l'hybridation interspécifique, c'est-à- dire en utilisant des plantes de colza ne produisant pas de pollen («mâle-stériles») et fécondées uniquement par le pollen des plantes adventices, puis en situation agronomique normale. Les hybrides obtenus ont été analysés pour évaluer leur aptitude à produire une descendance.

Le matériel végétal colza retenu était la variété canadienne de printemps Westar (matériel produit par Plant Genetic Systems, Gent, Belgique)’ contenant le gène bar qui confère la résistance au glufosinate-ammonium (l'herbicide Basta®) . Son choix se justifie par l'importance du risque agronomique de voir des adventices devenir résistantes aux herbicides par flux génique, ainsi que par la facilité de suivi du transgène dans des populations importantes par simple traitement herbicide.

 * Description de l'expérience

1ère étape : croisements effectués au laboratoire

Nous avons montré, par croisements réciproques manuels suivis du sauvetage des embryons végétaux, qu'il était possible de produire des hybrides entre le colza et cinq espèces voisines. Un plus grand nombre d'hybrides a été obtenu en utilisant le colza comme parent femelle, à l'exception des hybrides impliquant la ravenelle.

Les hybrides ont la structure attendue et l'étude des échanges entre les chromosomes révèle que leur occurence varie en fonction de l'espèce sauvage concernée. Lorsque le gène bar est présent, les hybrides obtenus sont résistants au Basta®. Leurs fertilités mâle et femelle sont fortement réduites.

2ème étape : essais contrôlés au champ

Ces résultats ont conduit à réaliser des essais au champ en conditions favorables à l'hybridation interspécifique, c'est-à-dire en utilisant comme parent femelle des variétés de colza ne produisant pas de pollen et les espèces adventices comme pollinisateurs.

Dans un premier temps, les plantes adventices les plus fréquentes dans les conditions françaises de culture à savoir la ravenelle, la roquette bâtarde et la moutarde des champs ont été étudiées. Pour chacune de ces espèces, un isolement a été mis en place.

Si on classe le taux de production d'hybrides par rapport à l'espèce sauvage, on observe que c'est avec la ravenelle que la fréquence de croisement est la plus importante, attestée par la collecte de 700 à 3 700 graines par mètre carré ; la roquette bâtarde (510 graines par m2) et la moutarde des champs (60 graines par m2) présentent des taux de croisement moins importants. Les hybrides interspécifiques produits ont été réimplantés au champ en présence de l'espèce adventice. Ils sont vigoureux et ont une morphologie proche de celle du colza, mais leur fertilité demeure faible.

 Dans un second temps nous avons retenu le modèle colza-mâle stérile (stérilité Ogu-inra) et ravenelle.

La production d'hybrides interspécifiques varie en fonction de la variété de colza utilisée comme parent femelle. Sur les 2000 plantes observées, en fonction des génotypes et des années, le nombre de graines pour 100 fleurs varie de 1,4 à 100,4 et le nombre de graines par plante de 5,3 à 1213,3.

Les hybrides interspécifiques de première génération (F1) ont été réimplantés au champ en présence de ravenelles. Le gène bar est transmis et il s'exprime. La fertilité femelle observée sur 2353 plantes, est environ 100 fois inférieure à celle de la génération précédente.

Cependant les plantes issues des graines récoltées sur les hybrides F1, bien que présentant des structures chromosomiques variables, sont presque toutes résistantes au Basta®. Au cours des 2 générations suivantes, le transgène se transmet avec des fréquences de plus en plus faibles, ce qui montre que le gène n'est pas encore intégré de façon stable dans le génome de la mauvaise herbe. Cependant aucune plante ayant le même nombre de chromosomes que la ravenelle, et contenant le gène bar n'a été caractérisée à ces générations. L'étude est actuellement poursuivie.

 3ème étape : essai en conditions agronomiques normales

Un essai a été mis en place en présence de pollen de colza et de ravenelle. Un champ d'1ha de la variété Synergy, génétiquement transformée pour les besoins de l'expérimentation pour être résistante à l'herbicide Basta®, a été implanté à Rennes et à Dijon. Selon un dispositif défini par l'équipe de Malherbologie de l'INRA de Dijon, des ravenelles ont été repiquées soit en tant que plantes isolées, soit en peuplement plus ou moins dense, en bordure et en milieu de champ. Les notations ont permis d'observer une bonne synchronisation des floraisons du colza et de la ravenelle. Les graines récoltées sur les ravenelles et les colzas sont en cours de caractérisation pour détecter la présence éventuelle d'hybrides.

Conclusion

Les données acquises indiquent que, dans le cas du colza, les risques de dissémination par le pollen et les graines existent. Le transfert dans les populations sauvages semble possible, mais avec une faible fréquence. Des travaux sont en cours pour préciser :

- si la fréquence d'hybridation en conditions agronomiques normales est beaucoup plus faible,

- si le transgène peut être intégré de façon stable dans la ravenelle,

- si la position initiale du transgène dans le génome de colza influence son transfert dans le génome d'une espèce voisine. Si tel était le cas, il serait possible de sélectionner des variétés transgéniques présentant un risque minimal.

 Parallèlement, des stratégies de réduction des risques par, à titre d'exemple, l'introduction d'une résistance à l'égrenage ou à l'inhibition de la dormance secondaire sont en cours d'étude. Dans tous les cas, l'impact sur l'environnement dépendra du gène introduit. S'il confère une résistance à un herbicide, les techniques agronomiques seront adaptées pour limiter les risques de dissémination (cf texte «L'emploi des plantes transgéniques va-t-il obliger les agriculteurs à modifier leurs pratiques ? »). L'effet d'un gène de résistance sur l'évolution des populations des ravageurs ou parasites est en cours d'étude. Cette question est fréquemment étudiée dans les programmes classiques d'amélioration des plantes, chaque fois qu'un gène appartenant au même pool d'espèces est introduit dans une nouvelle variété. Dans tous les cas, l'avantage ou le désavantage sélectif apporté par le caractère introduit conditionnera son maintien dans les populations naturelles.

 Il faut souligner que ces recherches sont spécifiques aux espèces étudiées et ne peuvent être extrapolées à d'autres plantes. Toute analyse de flux de gènes doit en effet être étudiée au cas par cas, car ce flux dépend à l'évidence de la biologie florale de la plante transgénique et de l'existence ou non dans l'environnement de mauvaises herbes susceptibles de se croiser avec elle.

 Si la transgénèse permet d'accroître la variabilité des espèces aujourd'hui cultivées, elle ne concerne que les caractères gouvernés par un petit nombre de gènes. Elle ne remet donc pas en cause l'acquisition de progrès génétiques par l'amélioration classique.

[R] Pour en savoir plus

 Chevre A.M., Eber F., Baranger A., Kerlan M.C., Barret P., Vallée P., Renard M., 1996. Interspecific gene flow as a component of risk assessment for transgenic Brassicas. Ninth Crucifer genetic workshop. ISHS. Ed. J.S. Dias, I. Crute, A.A. Monteiro, Acta Horticulturae 407: 169-179.

Chevre A.M., Eber F., Baranger A., Renard M., 1997. Gene flow from transgenic crops. Nature 389 : 924.

Chevre A.M., Eber F., Renard M., 1997. Colza transgénique et risques environnementaux. Biofutur 172 : 44-48.

Renard M., Chevre A.M., Delourme R., Barret P., 1997. Les objectifs du génie génétique dans le secteur des oléagineux. OCL 4 (2) : 102-106.