Ressources pédagogiques de la filière semences
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Les différentes stratégies de la transgénèse

Introduire un nouveau caractère

Le transfert de gènes s’accompagne généralement de l’apparition d’un nouveau caractère. Une copie du gène d’intérêt est introduite dans la plante. Son expression, par l’intermédiaire d’un ARN messager, entraîne la production d’une protéine, responsable du nouveau caractère.

Les exemples dans ce domaine sont nombreux : introduction d’un gène de résistance à des insectes, à des pathogènes, gène de tolérance à des herbicides, à la sécheresse ou la salinité des sols, ou encore modification de la composition des graines, production de molécules d’intérêt industriel ou pharmaceutique (médicaments).

Inactiver un caractère

Dans ce cas, le transfert de gènes ou d’un ARN induit l’inhibition d’une fonction déjà existante.

La stratégie antisens fut la première utilisée. Elle consiste à bloquer la traduction d’un gène cible. Une copie « inversée » (antisens) de ce gène est introduite, d’où le nom de la technique. Les ARN messagers (ARNm) produits par la copie originelle du gène et par celle intro­duite sont complémentaires. Ils s’hybrident donc et forment une molécule d’ARN double brin. Cette molécule aberrante ne peut être traduite et elle est dégradée. Les protéines à l’origine de la fonction ne sont donc pas produites et le caractère ne s’exprime donc plus.

Cette technique a permis d’obtenir des espèces végétales à teneur en lignine réduite, des tomates et des melons à maturation retardée, ou des pommes de terre riche en amylopectine.

PRINCIPE DE L’INACTIVATION D’UN GÈNE PAR ARN INTERFERENT (ARNi) : ETAPE 1

La technique la plus utilisée actuellement est celle des ARN interférents. Elle s’applique notamment dans la lutte contre les virus car le mécanisme de défense des plantes a été élucidé en 2000 : il correspond à un type d’immunité qui conduit à la destruction spécifique de l’ARN du génome viral.

Très rapidement, des applications « vaccinales » ont été développées par transgénèse. La production induite de petits ARN dirigés contre un ARN viral peut ainsi prémunir de l’infection du virus.

 

PRINCIPE DE L’INACTIVATION D’UN GÈNE PAR ARN INTERFERENT (ARNi) : ETAPE 2

Plusieurs classes de petits ARN non codants peuvent reconnaître plus ou moins spécifiquement des ARN messagers. Ces petits ARN regroupés sous le vocable « interférents » (ARNi) sont des ARN qui interagissent avec les ARN messagers pour bloquer la traduction et la synthèse des protéines correspondantes. Ils existent naturellement dans la cellule (codés par l’ADN) pour contrôler l’expression de gènes dits actifs. Des ARNi peuvent être introduits artificiellement dans les cellules de plantes pour réguler des caractères agronomiques ou de qualité ou parfois produire de nouvelles molécules. Le mécanisme de contrôle des gènes est similaire quel que soit l’origine du ARNi.

Le ARNi est un ARN de petite taille qui s’hybride avec un ARN messager cellulaire, précurseur d’une protéine ciblée. Dans la cellule, un complexe de plusieurs protéines RISC (pour RNAi Induced Silencing Complex) prend en charge l’ARN interférent et « scanne » les différents ARNm présents dans la cellule. Si le complexe RISC/ARNi reconnait un ARNm (par homologie), la protéine RISC coupe l’ARNm qui est dégradé. La protéine correspondante n’est alors pas synthétisée.

Des plantes transformées à ARN interférents pour lutter contre des virus sont commercialisées depuis 1996 aux Etats-Unis :

  • des courges transgéniques résistantes à trois virus (mosaïque jaune de la courgette, mosaïque de la pastèque et mosaïque du concombre). Ces courges expriment une séquence du gène de la capside des trois virus,
  • des variétés de papayers transgéniques résistantes au virus des taches annulaires de la papaye ont été adoptées par la filière et les consommateurs depuis 1998,
  • des pommes de terre transgéniques résistantes au virus Y et au virus de l’enroulement de la pomme de terre ont été cultivées de 1998 à 2000 aux Etats-Unis (retirées du marché pour des raisons politiques et stratégiques),
  • des pruniers résistant au virus de la Sharka et des haricots résistants au virus de la mosaïque jaune du haricot ont été récemment autorisés à la commercialisation aux Etats-Unis et au Brésil.

En Chine, des tomates et des poivrons résistants à la mosaïque du concombre sont également cultivés.

Couplée à de la transgénèse, la technique d’interférence par ARN est une technique de plus en plus utilisée dans l’amélioration végétale pour les caractères faisant intervenir plusieurs gènes ou plusieurs chaines métaboliques. Elle permet « d’éteindre » l’activité d’un gène et peut servir tant à la connaissance du génome qu’à la physiologie de la plante.