Bollgard II : Une nouvelle génération de gènes Bt commercialisés

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1 4 ICAC RECORDER grès, en août 2001, a rassemblé quelque chercheurs en provenance des Etats-Unis et de nombreux autres pays. Conférences, ateliers et séances sur tous les aspects de la production du coton (du coton en tant que culture familiale à la politique agricole pour la culture du coton, en passant par la filière textile et les mécanismes du marché des contrats à terme) sont prévus dans le cadre du congrès. Vous pouvez obtenir de plus amples renseignements sur ce congrès à l adresse suivante : IV Brazilian Congress of Cotton Av. 87 No. 662 Setor Sul Goiânia, Goiás , Brazil Tél : cba@cultura.com.br Site Web : La troisième Conférence mondiale sur les recherches cotonnières s est déroulée du 9 au 13 mars 2003 au Cap, en Afrique du Sud. La conférence était organisée par l ARC-Institut des cultures industrielles et parrainée par le CIRAD, la FAO, le CCIC, Cotton South Africa, le Conseil de recherche agricole de l Afrique du Sud et de nombreuses entreprises privées. Plus de 300 chercheurs de 38 pays, ainsi que des représentants d organisations internationales, étaient présents. Le Brésil, la Turquie et les Etats-Unis se sont proposés pour organiser la prochaine conférence en Le Comité international de la troisième Conférence mondiale sur les recherches cotonnières étudiera les propositions de ces trois pays lors de la réunion plénière du CCIC en Pologne et sa décision sera communiquée dans un prochain numéro du RECORDER DU CCIC. Bollgard II : Une nouvelle génération de gènes Bt commercialisés La production commerciale du premier coton transgénique résistant aux insectes lépidoptères a été autorisée en Australie et aux Etats-Unis pour la campagne 1996/97. Le gène s est montré efficace dans de nombreux pays à travers les continents, mais la problématique demeure quant à sa sécurité pour l environnement. Bien que certains pays se disent convaincus à cet égard, ils n envisagent pas d y avoir recours en raison des répercussions commerciales éventuelles des pays importateurs préoccupés par les risques de cette technologie. Ainsi, les efforts pour promouvoir et adopter les variétés de coton transgénique se poursuivent et de grandes surfaces cotonnières sont d ores et déjà consacrées à la production commerciale de ce type de coton. Les plus fortes croissances en termes de surface cultivée pour la campagne 2003/04 sont attendues en Chine (continentale) et en Inde. La Colombie devrait devenir un pays producteur de coton transgénique pour la campagne 2003/04 et de nombreux autres pays vont intensifier leurs efforts dans le domaine de la biotechnologie afin de se rapprocher du stade de la commercialisation. Huit pays ont adopté des variétés de coton transgénique résistant aux insectes lépidoptères, aux herbicides ou aux deux. Grâce à la toxine Cry1Ac, le ver du bouton floral et le ver de la capsule ont déserté dans les champs de coton. En 2003/04, une nouvelle protéine, Cry2Ab, présente dans la variété Bollgard II, se joindra à la lutte contre ces deux vers en Australie et aux Etats-Unis. Monsanto est l unique propriétaire de la technologie Bollgard II. Le 23 décembre 2002, la compagnie Monsanto a annoncé qu elle avait reçu l autorisation réglementaire intégrale des Etats-Unis pour son coton Bollgard II capable de lutter contre les insectes, ouvrant la voie à l utilisation à grande échelle du second gène Bt, au même titre que le premier gène Bt introduit lors de la campagne 1996/97. En Australie, l Office of the Gene Technology Regulator a d ores et déjà donné le feu vert à l utilisation commerciale limitée de Bollgard II, après une évaluation scientifique exhaustive et un processus de consultation publique. Alors que la procédure aux Etats-Unis requiert l aval de l ensemble du pays, l Australie se limite aux zones de culture cotonnière établies de la Nouvelle Galles du Sud et du Queensland, ainsi que celui d une nouvelle zone de production dans le Nord ne dépassant pas 800 hectares. D autres pays sont encore en phase de test, mais ils ne devraient pas commencer à utiliser Bollgard II pour la campagne 2003/04. L Argentine s est montrée très enthousiaste quant à l adoption de la biotechnologie par le passé et pourrait utiliser commercialement Bollgard II d ici un an ou deux. Aucun pays n a utilisé la technologie Bollgard II, sans avoir d abord utilisé Bollgard. Avantages de Bollgard II Le Ministère américain de l agriculture (USDA) et la Food and Drug Administration (FDA) ont confirmé la sécurité alimentaire et environnementale de Bollgard II, lequel utilise la même bactérie du sol que Bollgard, mais dans un gène différent. L objectif principal de cette variété de coton reste le même : lutter contre les insectes cibles ravageurs des capsules du cotonnier. Néanmoins, Bollgard II offre d autres avantages, certains à court terme, d autres à long terme. La recherche du second gène Bt était principalement motivée par le moyen de retarder le développement d une résistance chez les ravageurs. S ils reçoivent la toxine Bt Cry1Ac pendant des années, les insectes lépidoptères cibles développeront une résistance. Bollgard II possède deux gènes Bt car les insectes développent plus rapidement une résistance à un gène, plutôt qu à deux gènes présents dans le même génotype.

2 MARS Toutes les protéines Cry n ont pas la même efficacité contre tous les vers de la capsule. Le gène Cry1Ac dans Bollgard offre une résistance maximale au ver du tabac Heliothis virescens et au ver de la capsule américain Helicoverpa armigera, mais une faible résistance à d autres insectes lépidoptères. Le second objectif de l introduction du gène Cry2Ab est d étendre le contrôle des protéines Cry en ce qui concerne le ver du bouton floral et le ver de la capsule. Le gène Cry2Ab dans Bollgard II contrôle efficacement le ver militaire Spodoptera frugiperda, le ver de la betterave Spodoptera exigua, le ver du chou Trichoplusia ni et le ver du soja Pseudoplusia includens, en plus de lutter contre le ver du bouton floral et le ver de la capsule grâce au gène présent dans Bollgard. Certains vers du bouton floral et de la capsule survivent sur les variétés de coton Bollgard, notamment vers la fin de la formation des fruits. Ce phénomène, qui se produit en raison de la faible quantité de toxine Cry1Ac présente au cours de l étape de floraison, entraîne une perte du rendement. Il n est pas recommandé d utiliser des insecticides à ce stade pour contrôler le ver du bouton floral et le ver de la capsule survivant sur les variétés Bollgard en raison du rapport coûts-bénéfices. Les niveaux de Cry1Ac sont généralement exprimés entre 1 et 3 parts par million, alors que Cry2Ab dans les variétés Bollgard II varient entre 7 et 19 parts par million. La dose plus élevée de toxines dans Bollgard II permettra d éviter les pertes survenant en fin de campagne. Quantité variable de Cry1Ac La quantité de Cry1Ac, qui diffère suivant les parties du cotonnier, est étroitement liée à la capacité de la plante à résister aux ravageurs cibles. Des études ont été menées par Greenplate et al (2000) et de nombreux autres pour savoir si la quantité de protéine Cry1Ac reste identique dans toutes les parties de la plante pendant la croissance. Ils se sont également intéressés aux répercussions de l emplacement de la concentration de la toxine dans une même variété. Une série de 12 essais réalisés dans neuf états des Etats-Unis ont montré que les sites environnementaux, le moment d échantillonnage et le type de tissu contribuent significativement à la variabilité des niveaux de concentration de la protéine Cry1Ac dans la même variété. On a observé que les parties terminales du cotonnier présentaient une plus forte concentration en Cry1Ac par rapport aux boutons floraux et aux capsules. Cry1Ac dans les tissus du cotonnier Tissus µ/g poids sec Partie terminale 22.3 Bouton floral 14.1 Capsule 17.1 On a observé une présence maximale de Cry1Ac quatre semaines après que l étape où le bouton floral a la taille d une tête d épingle. La concentration moyenne en Cry1Ac dans des tissus spécifiques, bien que variable suivant les échantillons, n a montré aucune tendance précise au fil du temps en termes d augmentation ou de diminution. L étude suggère que des tissus similaires de même âge physiologique devraient présenter une concentration en Cry1Ac à des niveaux proches de la moyenne tissus/âge tout au long du cycle de formation des fruits. L environnement a un impact significatif sur l expression de Cry1Ac. La différence entre les sites était beaucoup plus marquée que celle entre les tissus et l âge de ceux-ci. En douze essais, la variation se situait entre 7,4 microgramme par gramme (µ/g) de poids sec et 31,5 µ/g de poids sec. L expérience australienne de Bollgard II Des études ont été menées sur Bollgard II en Australie lors de la campagne 2002/03. La quantité de toxine présente dans les fruits et d autres parties du cotonnier a été étudiée afin d évaluer les autres effets éventuels du second gène Bt. Les essais ont montré que les génotypes de Bollgard II présentaient une quantité de toxine deux ou trois fois supérieure dans les feuilles terminales à celle de Bollgard. L expression de la toxine Cry1Ac dans les génotypes de Bollgard est en moyenne de 27 µ/g de poids sec, contre 150 µ/g dans Bollgard II. Les chercheurs se sont également intéressés à l expression de la toxine dans le bouton floral de deux types de coton transgénique. Une expression protéique plus élevée dans les fleurs est plus importante que dans les feuilles car les insectes visés s attaquent aux fleurs. On sait que les variétés de coton Bollgard présentent des niveaux de toxine plus élevés dans les feuilles que dans les boutons floraux. Les données recueillies en Australie montrent que les variétés Bollgard produisent en moyenne 50 % de la protéine dans les boutons floraux (50 microgrammes contre 27 microgrammes dans les feuilles). Inversement, la concentration de protéine est plus élevée dans les boutons floraux des génotypes de Bollgard II que dans les feuilles. La concentration dans la première position des variétés Bollgard II est également plus élevée que celle dans Bollgard. En Australie et en Nouvelle-Zélande, aucun produit modifié génétiquement n est autorisé à la vente en tant qu aliment, à moins d une évaluation de sécurité par les Food Standards Australia New Zealand. Une autorisation est uniquement accordée si l aliment modifié génétiquement est considéré aussi sûr et sain pour la consommation que le produit équivalent traditionnel. Après l évaluation des produits dérivés de Bollgard II, Food Standards Australia New Zealand les ont déclarés conformes pour la consommation et ont autorisé la vente d huile et de linters provenant de coton Bollgard II et contenant les gènes protégeant la plante contre les ravageurs. Les autorités australiennes ont également décidé que les produits alimentaires à base d huile et de linters dérivés du coton Bollgard II ne seraient pas concernés par l étiquetage en vi-

3 6 ICAC RECORDER gueur pour les produits modifiés génétiquement, à moins qu un nouvel ADN et/ou une nouvelle protéine ne soit trouvé dans le produit final. Essais sur Bollgard II aux Etats- Unis Bollgard II fait l objet d études approfondies depuis quatre ans aux Etats-Unis. Les travaux de comparaison portaient sur Bollgard II par rapport à Bollgard, aux variétés non-bt traitées et à celles non traitées. Ces essais ont été réalisés par la Louisiana State University au cours des campagnes 1999/2000 et 2000/01. Les parcelles traitées étaient pulvérisées chaque semaine (du début juillet à la mi-août) avec un insecticide contre les vers. Les autres parcelles n étaient pas traitées pour lutter contre les vers. Tous les autres ravageurs ont été contrôlés suivant les besoins et on a effectué des pulvérisations tout au long des essais. Les dégâts des ravageurs étaient évalués chaque semaine du début juillet à la mi-août. L indication la plus marquée de l action de Bollgard II a pu être observée au niveau des boutons floraux. Si les boutons floraux sont moins victimes des ravageurs, le cotonnier possèdera un plus grand nombre de capsules, ce qui entraînera un rendement plus élevé. Pour ces deux campagnes, les données relatives au rendement ont montré que Bollgard II permettait d obtenir un rendement plus élevé par rapport à Bollgard et d autres génotypes testés. Selon les données citées ci-dessous, même si les gènes Bollgard ou Bollgard II sont utilisés pour protéger le cotonnier contre la perte de fruits, une certaine perte au niveau du rendement interviendra dans Bollgard, même si elle intervient dans une proportion nettement inférieure. Les variétés non-bt pulvérisées avec des insecticides suivant les besoins ont subi des dégâts de leurs boutons à raison de 6,2 %. Les dégâts causés par le ver de la capsule viennent s ajouter à ceux des boutons floraux, car la plupart de ces boutons ne deviendront pas des capsules. Dégâts au niveau des boutons floraux aux Etats-Unis en 2000/01 Bollgard II 0.7% Bollgard 1.7% Variétés non-bt pulvérisées 6.2% Variétés non-bt non pulvérisées >15% Des rapports montrent que la fleur du cotonnier attire davantage le ver de la capsule que les boutons floraux, les parties fructifères ou les capsules. Selon Gore et al (2001), au cours de la campagne 1996/97, c est à dire la première année où le coton Bollgard a été produit commercialement aux Etats-Unis, un grand nombre de larves de vers de la capsule Helicoverpa zea se sont attaqués aux fleurs blanches dans beaucoup de champs de coton Bollgard aux Etats-Unis. Rares sont les informations disponibles quant à la raison pour laquelle les larves du ver de la capsule sont friandes des fleurs blanches, mais la quantité de toxine présente dans la fleur blanche par rapport à d autres plantes pourrait en être la cause. Il se peut également que la valeur nutritionnelle de la fleur attire les larves du ver de la capsule. Gore et al (2001) ont comparé la forme traditionnelle de DP 50 aux formes Bollgard et Bollgard II. Les larves du ver de la capsule ont été cultivées en laboratoire. Plusieurs fleurs ont été cueillies dans un champ et on a laissé les larves du ver de la capsule se nourrir de ces fleurs dans des petits récipients Petri. Cinq larves ont été placées dans chaque récipient de 9 cm. Le taux de mortalité des larves a été observé après 24, 48 et 72 heures. Le tableau suivant montre que le taux de mortalité des larves du ver de la capsule après 24, 48 et 72 heures dans les récipients de Petri varie suivant les fleurs. La survie des larves était minimale sur les bractées, puis sur les boutons floraux et les pétales. Les anthères des boutons floraux et celles de la fleur ont permis à un plus grand nombre de larves de survivre après 24, 48 et 72 heures. La même tendance a été observée pour les trois variétés. La comparaison des variétés a révélé que le gène Bollgard II avait le taux de mortalité de larves le plus élevé, surtout après 48 et 72 heures. Après 72 heures, 6 % seulement des larves survivaient sur les bractées de Bollgard II, contre 63 % et 50 % sur les anthères de la fleur et les boutons floraux, respectivement, pour le même intervalle de temps. Le taux de survie a diminué, de 79,2 % à 63,8 % et 32,6 % pour la variété traditionnelle, Bollgard et Bollgard II, respectivement, après 72 heures. Quelle que soit la raison, les résultats montrent clairement que les larves du ver de la capsule choisissent spécifiquement certaines parties du cotonnier pour se nourrir, leur préférence allant aux anthères de la fleur et à celles du bouton floral. Les facteurs biochimiques associés aux bractées de la fleur en font un aliment quelque peu délaissé par les larves du ver de la capsule. Lorsqu on a recours à la technologie du gène Bt, il est important de renforcer la concentration de la toxine dans les anthères pour lutter effectivement contre le ver de la capsule. La même approche semble être adoptée pour la technologie Bollgard II. L utilité du coton transgénique apparaît à différents niveaux, mais son succès dépend des conditions de culture et il pourrait permettre de réduire le taux de pollution environnementale. Allen et al (2000) ont étudié l efficacité des variétés de coton Bollgard II contre les chenilles mangeuses de feuillage et des fruits en Arkansas. Selon une présentation de Michael R. Williams dans le cadre des 2000 Beltwide Cotton Conferences du National Cotton Council of America, les pertes du rendement liées aux dégâts causés par les chenilles n ont pas diminué aux Etats-Unis depuis l introduction des variétés Bt entre 1996 et En moyenne, ces pertes avoisinaient 4,5 % pendant cette période, niveau pratiquement identique à celui observé avant la production du coton Bt. Dans leurs études, Allen et al (2000) ont indiqué que les variétés Bollgard II luttaient plus efficacement contre le ver de la betterave, le ver du tabac, le ver du chou et le ver du soja que les variétés Bollgard et non-bt. Ainsi, tout porte à croire que la technologie Bollgard II pourrait contribuer à réduire les pertes liées aux chenilles aux Etats-Unis.

4 MARS Taux de survie des larves du ver de la capsule sur les parties florales des variétés traditionnelles, Bollgard et Bollgard II Heures Structure folrale Variétés Moyenne DP 50 DP 50B DP 50 BII (Traditionnelles) (Bollgard) (Bollgard II) 24 Bractées ,0 Pétales ,0 Anthères de la fleur ,0 Anthères des boutons floraux ,3 Bouton floral ,7 Moyenne Bractées ,0 Pétales ,7 Anthères de la fleur ,7 Anthères des boutons floraux ,0 Boutons floraux ,0 Moyenne Bractées ,0 Pétales ,3 Anthères de la fleur ,7 Anthères des boutons floraux ,7 Boutons floraux ,0 Moyenne Bollgard II n a pas seulement été testé dans des fermes expérimentales, mais également dans des champs, avec des objectifs réalistes quant à ses aptitudes éventuelles. Bacheler et Mott (2003) ont mené des études pendant trois ans, de 2000 à Ils ont conclu que les variétés Bollgard II nécessiteraient rarement un traitement insecticide contre les chenilles en Caroline du Nord et ont observé que les champs de Bollgard II avait une importante population de punaises parce qu ils étaient pulvérisés une fois de moins en moyenne. De nombreuses études ont montré que la quantité de toxine provenant du gène Cry1Ac dans Bollgard diminue vers la fin de la maturité du cotonnier et au terme de la période de végétation. Aussi, si un grand nombre de capsules sont encore sensibles aux attaques des chenilles, une pulvérisation insecticide sera peut-être nécessaire, conformément aux conclusions des travaux de Gore et al (2001) et des autres chercheurs cités précédemment. Akin et al (2003) sont arrivés à la même conclusion dans leurs études menées au Mississippi. Akin et ses collègues ont prélevé des capsules des première et deuxième positions en commençant par le septième nœud jusqu au dixneuvième nœud dans des variétés Bollgard et Bollgard II. Grâce à l essai d immuno-absorption enzymatique (ELISA), ils ont évalué la toxine Bt séparément, en tant que Cry1Ac et Cry2Ab. Les résultats montrent que la concentration protéique de Cry1Ac était la plus élevée dans les capsules en première et deuxième positions sur le neuvième nœud. Les capsules en première et deuxième positions sur le cinquième nœud contenaient près de 5 ppm de Cry1Ac contre environ 7 ppm sur le neuvième nœud. La concentration protéique de Cry1Ac commençait à diminuer après le neuvième nœud pour tomber à environ 4 ppm au dix-septième nœud. La concentration était légèrement supérieure dans tous les nœuds des capsules en première position par rapport à celles en deuxième position pour les mêmes nœuds. On a observé une tendance similaire pour Cry2Ab des septième au dix-septième nœuds. Le neuvième nœud présentait la plus forte concentration, supérieure à 7 ppm, laquelle tombait à 5 ppm pour les capsules en première position et à 4 ppm pour celles en deuxième position sur le dix-septième nœud. Selon les travaux menés, la concentration individuelle de Cry1Ac et Cry2Ab devrait diminuer dans les variétés Bollgard II contenant les deux toxines. Toutefois, la concentration cumulée des toxines Bt dans les variétés Bollgard II serait double par rapport à celle des variétés Bollgard. Les chercheurs sont arrivés à la conclusion suivant laquelle les capsules ayant le même âge phénologique devraient avoir la même concentration de toxine dans les variétés Bollgard II. Une telle conclusion vient confirmer l importance continue des facteurs environnementaux au niveau de l expression de la toxine dans le coton. Il reste à observer l impact de la diminution de l expression de la toxine sur la survie des ravageurs cibles. L action cumulée des deux gènes Bt a été mise en exergue par Catchot et Mullins (2003) en termes de dégâts au niveau des boutons floraux et des capsules et de rendements de la fibre dans le cadre des essais visant à tester l efficacité des systèmes. Ils ont testé une variété Bollgard II par rapport à sa ligne Bollgard isogénique et une variété traditionnelle isogénique à de nombreux endroits pour différents traitements («traitements des systèmes»). Les essais non pulvérisés n ont pas du tout été traités contre les insectes lépidoptères au cours de la croissance. Toutefois, lorsque les insectes non lépidoptères ont atteint leur seuil, l ensemble de la zone expérimentale a été pulvérisée avec un produit insecticide à très faible action (ou n en ayant aucune) contre les insectes lépidoptères. Dans ces essais, chaque variété a été gérée indépendamment suivant le seuil des insectes lépidoptères aux différents stades de la croissance. Mais, au même titre que les essais non traités, la totalité de la surface a été pulvérisée avec des insecticides appropriés à très faible action, ou sans action du tout, contre les insectes lépidoptères. Le tableau montre la moyenne par campagne relative aux dégâts au niveau des boutons floraux et capsules et au rendement de la fibre. Suivant Catchot et Mullins (2003), la moyenne de tous les essais de cultures non pulvérisées (contre les insectes lépidoptères) réalisés dans le Centre-Sud et dans l Est du Texas, Etats-Unis-, ont révélé un pourcentage de dégâts de l ordre de 0,52 % et 0,15 % au niveau des boutons floraux et des capsules de coton Bollgard II, contre 2,47 % et 2,0 % pour Bollgard

5 8 ICAC RECORDER Effet des Gènes Bt dans des conditions de pulvérisation et de non pulvérisation Type d'insecticide Génotype Nbre de vers de la capsule Nbre de capsules Rendement de la fibre adultes/ha (%) détruites/ha (%) (kg/ha) Essais non pulvériés Non-Bt 11,24 8, Bollgard 2,47 2, Bollgard II 0,52 0, Essais des systèmes Non-Bt 7,31 8, Bollgard 1,55 3, Bollgard II 0,79 0, Moyenne Non-Bt 9,37 7, Bollgard 1,95 2, Bollgard II 0,53 0, et 11,24 % et 8,66 % pour les lignes isogéniques non-bt. La protection dont bénéficient les variétés Bollgard II contre les insectes lépidoptères a permis d obtenir un rendement supérieur de 317 kg/ha par rapport aux variétés non-bt, et 53 kg/ha par rapport à la ligne Bollgard. Une tendance similaire a pu être observée dans les essais des systèmes, mais la marge de rendement par rapport au coton non-bt était réduite en raison de l absence de protection du coton non-bt contre les insectes lépidoptères. Bollgard II a atteint un niveau de rendement plus élevé par rapport à Bollgard et aux parents récurrents non-bt. Un rapport présenté dans le cadre des 2002 Beltwide Cotton Conferences par D. S. Brickle et A. L. Catchot de Monsanto, sur un essai similaire mené en 2001, a également indiqué que Bollgard II a un rendement plus élevé et permet de lutter plus efficacement contre le ver de la capsule, le ver de la betterave et le ver du soja. Les variétés Bollgard II non traitées contre les insectes lépidoptères donnaient en moyenne 103 kg/ha de fibre de plus que les variétés Bollgard non traitées contre ce type d insecte. Les données recueillies sur les variétés Bollgard II, Bollgard et les génotypes traditionnels produits sans pulvérisations contre le ver de la betterave ont révélé la présence de larves à raison de 0,1, 9,6 et 10,2 par mètre de rangée. Des données similaires pour le ver du soja ont montré Kg/ha Rendement de la fibre pour le coton non Bt, BG et BG II Traditionnel Bollgard Bollgard II Non pulvérisé Pulvérisé la présence de 0,4, 8,0 et 10,7 de larves par mètre de rangée de coton Bollgard II, Bollgard et traditionnel, respectivement. Les données des essais visant à comparer les niveaux de rendement des variétés non-bt, Bollgard et Bollgard II varient constamment, principalement en raison du complexe des insectes. En supposant l absence d attaques des ravageurs et la production des trois types de variétés (non-bt, Bollgard et Bollgard II) dans les mêmes conditions, le rendement devrait être identique. Mais plus la pression exercée par les insectes cibles est élevée, plus la différence de rendement sera grande. Cet écart pourra également se marquer dans le nombre de pulvérisations nécessaires pour lutter contre les vers du bouton floral et celui de la capsule en fonction de leur seuil. Dans une telle situation, la différence de rendement entre les variétés traditionnelles traitées et non traitées devrait être très élevée. Une tendance similaire pourrait se dessiner entre une variété traditionnelle traitée, une variété Bollgard non traitée et une variété Bollgard II non traitée. Les informations reprises dans le tableau (Sherrick et al, 2003) sont limitées aux conditions de production dans le Sud-Est des Etats-Unis, mais elles indiquent clairement l impact de la toxine d un seul gène Bt et l effet combiné de deux protéines en cas de traitement et de non-traitement contre les ravageurs par rapport à une variété de coton traditionnel pulvérisée et non pulvérisée. Ver de la betterave Un des avantages du gène Bollgard II est sa résistance au ver de la betterave Spodoptera exigua qui se nourrit principalement des feuilles de la plante. Les études menées par le passé sur les variétés Bt ont montré la variabilité de l expression de la toxine dans les différentes parties du cotonnier. Des parties identiques présentent des quantités variables de toxine aux différentes étapes de la croissance. L expression de la toxine diminue dans les feuilles terminales au fur et à mesure que l on avance dans la campagne, ainsi qu individuellement dans les feuilles quand le cotonnier approche la maturité. On craint que les insectes cibles rencontrent des niveaux de protéine moins élevés lorsqu ils se dirigent vers la partie inférieure, augmentant ainsi leur chance de survie, voire ne souffrent en aucune façon de l action de la protéine. Au cours de cette période, les

6 MARS dégâts se poursuivront de plus belle. Sparks et Norman (2002) ont étudié la survie des larves du ver de la betterave sur les jeunes feuilles et les feuilles à maturité contenant la toxine Bt. Ils ont semé trois variétés de coton au Texas, à savoir DPL 5415 (non-bt), NuCotton 33B (gène Bollgard) et NuCotton 33BII (gène Bollgard II). Les études menées en laboratoire sur des échantillons prélevés sur une culture de 86 jours à quatre endroits différents du cotonnier, à savoir les troisième, sixième, neuvième et douzième feuilles à partir de la partie terminale principale. L étude des essais biologiques a été réalisée sur des larves d un jour. Dix-neuf jours plus tard, des échantillons similaires ont été prélevés et des essais biologiques ont été effectués sur des larves de cinq jours. Des échantillons de feuilles ont été recueillis sur cinq plantes différentes de chacune des quatre réplications par variété en utilisant les colonies du ver de la betterave cultivées en laboratoire. Les feuilles ont été découpées en disque de 2 cm et placées dans des tasses en plastique. On a placé une larve sur un disque de feuille et sa survie a été surveillée tous les deux jours. A chaque contrôle, les échantillons de feuille étaient remplacés. Les informations ont été enregistrées pendant dix jours pour les larves âgées d un jour et pendant huit jours pour celles de cinq jours. La tolérance à des doses de toxine a été évaluée sur les larves survivantes. Deux jours après avoir placé les larves sur les feuilles, le taux de mortalité était faible pour chaque test (larves d un et de cinq jours) et est généralement demeuré bas pour les feuilles plus jeunes de la variété DPL Cela vient confirmer que la mortalité survenant ultérieurement est le fait de l action de la toxine Bt, et non la conséquence des traitements et des maladies des colonies. Les données ont révélé que la présence ou l absence de la protéine Cry et son type, ainsi que l âge des larves, influençaient significativement le taux de mortalité et le poids après dix jours de culture. Quel que soit l âge des feuilles, environ 88,3 % des larves âgées d un jour mourraient après dix jours lorsqu elles étaient placées sur des feuilles Bollgard II, contre 20,4 % sur des feuilles Bollgard et seulement 12,9 % pour la variété non-bt. Les larves âgées de cinq jours pouvaient tolérer une dose supérieure de toxine Cry2Ab et seulement 46,3 % des larves placées sur des feuilles Bollgard II mourraient après huit jours contre un taux de mortalité inférieur à un pour cent pour les variétés Bollgard et non-bt. Non seulement le gène Bollgard II était mortel pour un pourcentage plus élevé de larves, mais le poids des larves survivantes était nettement inférieur à celui des larves des autres variétés. En moyenne, les larves survivantes de la variété non-bt avaient le poids le plus élevé. Les larves âgées d un jour présentaient un taux de mortalité minimum sur les feuilles en troisième position et une croissance linéaire du taux de mortalité en parallèle à l âge des feuilles. Des résultats similaires ont été obtenus sur les larves de cinq jours pour lesquelles le taux de mortalité est passé de 3,3 % sur les feuilles en troisième position à 26,7 % sur les feuilles en douzième position après huit jours de culture. Le poids des larves survivant après dix jours et huit jours diminuait en parallèle à l âge de la feuille. Le tableau montre que les effets d interaction de la variété et de l âge de la feuille sont significatifs entre les larves âgées d un jour et celles de cinq jours. Certaines larves d un jour ont péri, même en l absence de la toxine, mais toutes les larves du ver de la betterave âgées de cinq jours ont survécu en étant nourries d une variété non-bt pendant huit jours ou d une variété Bt uniquement porteuse du gène Cry1Ac. Après huit jours d alimentation à base de feuilles Bollgard II, 76,6 % des larves du ver de la betterave sont mortes. Seuls 10 % des larves de cinq jours nourries sur la troisième position ont été tuées par Cry2Ab (Bollgard II), ce qui indique que la partie terminale est le moment où les larves ont la plus grande chance de survie. En 1999, Harris et al (2002) ont débuté des études sur le terrain, prévues pour une durée de trois ans, sur Bollgard et Bollgard II avec et sans traitement contre le ver de la capsule et d autres insectes dans l état du Mississippi. Ils ont également mesuré les dégâts causés par les différents ravageurs au niveau de la fibre. Les parcelles pulvérisées ont été traitées à deux reprises contre les chenilles et les champs non pulvérisés ont reçu cinq traitements contre les punaises. Les données sur les dégâts causés par les larves sur les feuilles par segment de Effet de l'age de la feuille et de la variété sur la mortalité du ver de la betterave Mortalité (%) Variété feuilles terminales Larve d'un jour Larve de cinq jours (10 jours de culture) (8 jours de culture) DPL 5415 NuCotton 33B NuCotton 33B II 3 1,7 0,0 6 13,3 0,0 9 1,7 0, ,0 1,7 3 18,3 0,0 6 0,0 0,0 9 35,0 0, ,3 1,7 3 65,0 10,0 6 88,3 26, ,0 71, ,0 76,7

7 10 ICAC RECORDER 9,14 mètres ont été enregistrées à trois stades. A chaque stade, on a pu observer des dégâts sur les variétés non-bt et Bt allant de 0,8 à 5,8 lorsque le coton était traité et entre 1,0 et 4,5 lorsque le coton ne l était pas. L étendue des dégâts était pratiquement la même pour la variété Bollgard, qu elle soit traitée ou non. Aucun dégât lié à l action du ver de la betterave n a été signalé sur la variété Bollgard II à aucun stade lors du contrôle des champs à trois reprises au cours de la campagne. Les dégâts causés par les larves du ver de la betterave sur les feuilles par segment de 9,14 mètres étaient nuls. Sivasupramaniam et al (2003) ont réalisé des études identiques pour comparer les effets de l alimentation sur les différentes parties de la plante en ce qui concerne le poids du ver de la capsule. Les parties végétales et florales faisaient partie des aliments reçus par les vers et les variétés utilisées étaient trois isolignes, à savoir DP 50, DP 50B et DP 50BII. Divers tissus de la plante, tels qu ils sont indiqués dans le tableau cidessous, ont été lyophilisés, réduits en poudre très fine et ont servi à tous les essais biologiques. Le test ELISA et les essais biologiques quantitatifs sur le ver du tabac ont été effectués pour suivre le profil de l expression. L activité des larves du ver de la capsule a été déterminée grâce à un essai basé sur leur alimentation, dans lequel le tissu de gélose recouvrait le régime (2 % de tissu pour 0,2 % de gélose) et attaqué par les larves primaires. Ces données ont été recueillies sept jours après l attaque des ravageurs. Les données du test ELISA et des essais biologiques quantitatifs ont révélé que tous les tissus étudiés possédaient Cry1Ac seule et en combinaison avec Cry2Ab dans toutes les parties de la plante. Toutefois, comme nous en avons discuté précédemment dans cet article, la quantité de protéine variait suivant les parties de la plante. Selon les résultats de l analyse des essais biologiques quantitatifs, le profil de l expression des protéines à neuf endroits différents de la plante était identique pour les deux types de transgéniques. Bollgard possédait la plus forte concentration de Cry1Ac dans la feuille terminale, puis dans les pétales et les anthères. Bollgard II avait Les protéines Cry1Ac et Cry2Ab dans deux isolignes (µg/g poids sec) Parties de la plante Analyses ELISA Essais biologiques quantitatifs Bollgard Bollgard II Bollgard Bollgard II Feuille large 0, ,3 200 Feuille terminale 8, ,1 263 Bouton floral 4, ,6 221 Bractée 0, ,4 110 Calice 1, ,9 43 Pétale 5, ,5 90 Anthère 5, ,5 68 Ovule 4, ,3 170 Petite capsule 5, ,6 198 Moyenne 4,1 541,1 22,5 151 Poids moyen des vers de la capsule survivants (g) Parties de la plante DP 50 DP 50B DP 50BII Feuille large 77,3 27,8 6,1 Feuille terminale 63,5 19,0 5,7 Bouton floral 48,8 12,6 3,4 Bractée 80,0 28,8 10,5 Calice 83,8 25,5 12,5 Pétale 56,2 16,7 5,4 Anthère 39,3 14,7 5,6 Ovule 25,0 8,9 3,2 Petite capsule 26,5 11,1 3,6 Moyenne 55,6 18,3 6,2 également la plus grande quantité de Cry2Ab dans les feuilles terminales. Les boutons floraux présentaient également une quantité importante de Cry2Ab. L analyse du test ELISA a montré la plus forte concentration de Cry1Ac dans les feuilles terminales. Toutefois, ce test a indiqué que Cry2Ab était concentrée dans les ovules, en quantité au moins double par rapport à de nombreuses parties de la plante et dix fois supérieure à la concentration présente dans le calice. Le poids des vers de la capsule survivant sur ces plantes variait. En général, DP 50 produisait les larves les plus saines, suivi par Bollgard. Les larves survivant sur la variété Bollgard II étaient celles qui avaient le poids le plus faible. Aucune larve survivant sur Bollgard II n a survécu au-delà des larves secondaires ou de sept jours après l attaque. Interaction entre les deux toxines Cry1Ac et Cry2Ab sont des toxines de protéine susceptibles d interagir et d influer sur leur performance. Monsanto a d ores et déjà mené des études à ce sujet. Selon Greenplate et al (2002), il n existe pas d interaction entre les deux protéines Cry. Ils ont élaboré une étude afin de quantifier l efficacité biologique du coton Cry1Ac/Cry2Ab (Bollgard II) et ils l ont comparé avec Cry1Ac (Bollgard) dans l essai biologique du ver du tabac Heliothis virescens. Ils ont utilisé trois isolignes (variétés contenant uniquement Cry1Ac ou Cry2Ab et une variété possédant Cry1Ac+Cry2Ab) pour examiner la contribution relative de chaque toxine à l efficacité totale de Bollgard II, en plus de s intéresser à la nature de l interaction (synergique, antagoniste ou additive) des toxines individuelles sur le coton possédant les deux gènes. La toxine Cry1Ac purifiée a servi de norme de comparaison. Les données relatives à la quantité de protéines Cry dans trois isolignes différen-

8 MARS tes sont reprises dans le tableau ci-dessous. La ligne de Bollgard II contenait uniquement une quantité additive de Cry1Ac et Cry2Ab, selon leur mesure individuelle dans deux isolignes différentes. Les résultats obtenus ont montré que l addition de Cry2Ab à Cry1Ac dans le coton renforçait significativement et uniformément l activité biologique des insectes lépidoptères. L activité des insectes lépidoptères dans l essai quantitatif de H. virescens était trois à six fois supérieure dans le coton possédant les deux gènes. En utilisant l essai d immuno-absorption enzymatique sur chaque échantillon de plante lyophilisée dans le cadre de l étude, on a pu confirmer que la présence d une toxine n avait pas d influence sur l autre toxine. Les résultats d ELISA sont venus confirmer que le niveau de chaque toxine dans l isoligne à deux gènes est identique au niveau de son isoligne à un seul gène. Quantité de protéines Cry dans trois isolignes (mg/g de poids sec) Isolignes Cry1Ac Cry2Ab Cry1Ac Deux gènes Cry2Ab Jackson et al (2003) ont étudié la production des populations de vers de la capsule Helicoverpa zea et les dégâts associés au niveau des capsules du coton Bollgard et Bollgard II par rapport à la variété traditionnelle en cas de traitement et de non-traitement contre les ravageurs. Les essais ont été menés à trois endroits différents en Caroline du Nord et les résultats ont été présentés lors des 2003 Beltwide Cotton Conferences. Le coton DP50 fut cultivé sous sa forme pure pour Bollgard et Bollgard II sur tous les sites. Les traitements appliqués comprenaient des applications dans des sillons d aldicarbe (Temik) pour lutter contre les insectes suceurs du début de la campagne, une application au milieu de la campagne d un insecticide pour contrôler les punaises et deux applications d un insecticide approprié pour lutter contre le ver de la capsule à titre complémentaire. D autres opérations recommandées dans cette région furent menées. Selon les auteurs, la campagne 2002/03 en Caroline du Nord a été caractérisée par une pression élevée du ver de la capsule. Les données ont été recueillies dans de petites parcelles et concernaient les larves et les nymphes du ver de la capsule, les vers adultes et les capsules endommagées. Ces données ont été converties en une base par hectare. En moyenne, capsules par hectare ont été endommagées par le ver de la capsule pour le DP50 pulvérisé contre capsules pour Bollgard DP50 et seulement capsules pour Bollgard II DP50. Les dégâts causés par le ver de la capsule en cas de production sans pulvérisation étaient 172 fois inférieurs pour Bollgard II par rapport au gène non-bt de la même variété, et 45 fois inférieurs à ceux causés à la variété Bollgard. Les traitements insecticides ont permis de réduire considérablement le nombre de capsules détruites par le ver de la capsule, soit ; et capsules/ha pour DP50, Bollgard DP50 et Bollgard II DP50, respectivement. Prévisions pour Bollgard II Aux Etats-Unis, les producteurs ont consacré 77 % de la superficie cotonnière totale à des variétés de coton transgénique au cours de la campagne 2002/03. Toutefois, seuls 40 % de l ensemble de ces terres utilisées pour les variétés transgéniques possédaient le gène Cry1Ac (3 % sous sa forme pure et 37 % cumulée avec le gène Roundup ready résistant aux herbicides). On continuera à recommander une culture refuge pour Bollgard II et Bollgard. L objectif principal d une culture refuge est de retarder le développement d une résistance à la toxine Bt. On craint toujours que les insectes cibles ne développent une résistance aux deux toxines en même temps. Ainsi, aux Etats-Unis, on prévoit que l approbation de la technologie Bollgard II entraîne une augmentation de la surface cotonnière consacrée aux gènes Bt. La raison principale de l accroissement de cette surface pourrait être un nombre plus important d insectes contrôlés par Bollgard II par rapport à Bollgard. Puisque la hausse de la superficie attirera davantage de ravageurs cibles de Bollgard et Bollgard II, un plus grand nombre d agriculteurs se tourneront vers Bollgard II. Les zones cotonnières qui tireront le plus grand avantage de cette technologie aux Etats-Unis seront celles victimes des chenilles et des vers militaires, telles que la Géorgie du Sud et le Mississippi. Aux Etats-Unis, Bollgard II sera introduit auprès des agriculteurs par la Delta and Pine Land Company et la Stoneville Pedigree Seed Company et il sera commercialisé (étape de multiplication des semences) pour la campagne 2003/04. La quantité de semences produites permettra une production intensive lors de la campagne 2004/05. A ce stade, il semble que seules deux variétés de la Delta and Pine Land, à savoir DP 424 BGII/RR et DP 468BGII/RR, seront semées sur une surface d environ à hectares chacune en 2003/04. Ces deux variétés ont été mises à jour, de Bollgard/Roundup Ready à Bollgard II/Roundup Ready. Elles possèderont également le gène Bollgard. La variété ST 5222B2 de Stoneville, sur le marché pour les semis de la campagne 2003/04, ne sera pas disponible sous forme de gènes cumulés. Toutefois, Stoneville envisage d introduire les variétés de gènes cumulés Bollgard II dans le gène Roundup Ready pour la campagne 2004/05. Dans l intervalle, d autres variétés continueront à être testées sur le terrain et Stoneville pourrait commercialiser de nouvelles variétés pour la campagne 2004/05. L Australie a plafonné la zone consacrée au coton Bollgard (appelé Ingard dans ce pays) à 30 % de la superficie totale depuis l introduction des variétés transgéniques lors de la campagne 1996/97. Le pays a semé hectares de Bollgard II en 2002/03, principalement pour augmenter la quantité de semences disponible. Pour la prochaine campagne, Bollgard II sera cultivé sur environ hectares et la surface des terres consacrées à Bollgard diminuera conformément. L Australie

9 12 ICAC RECORDER envisage de remplacer toute la surface cotonnière de Bollgard par des variétés Bollgard II pour la campagne 2004/05. La technologie des gènes Bollgard et Bollgard II sera encore disponible pendant de nombreuses années. Les pays doivent peut-être tenir compte d autres considérations, mais les coûts de production représentent l une des restrictions à la généralisation de la technologie du génie génétique. On espère qu au fur et à mesure que d autres gènes résistant aux insectes seront découverts et utilisés, d autres pays pourront accéder plus aisément aux gènes plus anciens. Frais de technologie liés à Bollgard II Les variétés Bollgard II ont le pouvoir de lutter contre un plus large éventail d insectes lépidoptères, ce qui entraîne une épargne en insecticides. Cette épargne sera fonction de la population d insectes cibles contrôlés. Bollgard II offre un meilleur contrôle du ver militaire Spodoptera frugiperda, du ver de la betterave Spodoptera exigua, du ver du chou Trichoplusia ni et du ver du soja Pseudoplusia includens. Si ces ravageurs ne constituent pas une menace sérieuse, Bollgard II ne permettra pas d économiser en insecticides, puisque le gène Bt supplémentaire sera plus onéreux pour les agriculteurs. Monsanto a fixé les frais liés à la technologie pour Bollgard II à 99 USD/ha, ce qui dépendra également de la diminution du nombre de semences nécessaires aux Etats-Unis, comme ce fut le cas pour le coton Bt. Les agriculteurs qui décident d utiliser le coton Bollgard II devront s acquitter des mêmes frais technologiques indépendamment de la quantité de semences utilisées pour cultiver une zone cotonnière particulière. Aux Etats-Unis, les frais liés au coton Bollgard sont fixés à 79 USD/ ha et ils sont inférieurs dans les états où les économies en insecticides sont moindres. On estime également que les frais de technologie pour Bollgard II varieront également suivant les états. Par le passé, Monsanto faisait payer plus cher les agriculteurs de coton australiens la même technologie offerte aux Etats- Unis, en raison de leurs économies importantes en insecticides. Cette philosophie devrait être de mise pour Bollgard II. Références Akin, D. S., Layton, M. B., Stewart, S. D. and Adamczyk, Jr., John J Profiling expression of Cry2Ab in bolls of cotton expressing two toxins of Bacillus thuringiensis var. Kurstaki. Proceedings of the 2003 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Allen, Charles T., Kharboutli, Marwan S., Capps, Charles and Earnest Larry D Effectiveness of Bollgard II cotton varieties against foliage and fruit feeding caterpillars in Arkansas. Proceedings of the 2000 Cotton research Meeting and Summaries of Cotton research in Progress, University of Arkansas, Special Report 198, September Bacheler, Jack S. and Mott, Dan W Efficacy of Bollgard II cotton under non-enhanced agronomic conditions in North Carolina, Proceedings of the 2003 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Harris, F. A., Creech, J. B., Robbins, J. T., Sudbrink, Jr. D. L. Furr, R. E. and English, P. J Coton bollworm and other insect pests in Bollgard and Bollgard II, Mississippi Delta Proceedings of the 2002 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Gore, J., Leonard, B. R. and Adamczyk, J. J Bollworm (Lepidoptera: Noctuidae) survival on Bollgard and Bollgard II cotton flower bud and flower components. Journal of Economic Entomology, 94(6): Greenplate, John, Penn, S. R., Mullins, J. Walter and Oppenhuizen, Mark Seasonal Cry1Ac levels in DP50B: The Bollgard basis for Bollgard II. Proceedings of the 2000 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Greenplate, John, Penn, Stephen, Dahm, Andrew, Reich, Barbara, Osborn, Jason and Mullins, Walt Bollgard II: Dual toxin expression and interaction. Proceedings of the 2002 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Jackson, R. E., Bradley, J. R. and Van Duyn J. W Bollworm population production and associated damage in Bollgard and Bollgard II cottons under insecticide-treated and non-treated conditions. Proceedings of the 2002 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Sherrick, Stew, Pitts, Dan, Voth, Rich and Mullins, Walt Bollgard II performance in the Southeast. Proceedings of the 2003 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Sivasupramaniam, S., Ruschke, L. G., Osborn, J. A., Oppenhuizen, M. E., Mullins, J. W. Watson, K. G. and Mueller, G Bollgard II: Improvements in efficacy and spectrum against Lepidopteran pests of cotton. Proceedings of the 2003 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Sparks, A. N. Jr. and Norman, J. W. Jr Effect of leaf age on efficacy of Bollgard II against Beet armyworm, Spodoptera exigua. Proceedings of the 2002 Beltwide Cotton Conferences, National Cotton Council of America, Nashville, TN 38182, USA. Turner, Donald Bollgard II gets the nod. The Australian cottongrower, Volume 23, No. 5, P. O. Box 766, Toowoomba, Queensland 4350, Australia.