4.3 Influence de la transgénèse sur les relations Plante-insecte, en particulier sur les interactions par voie chimique

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1 4.3 Influence de la transgénèse sur les relations Plante-insecte, en particulier sur les interactions par voie chimique Ute Vogler, Anja Rott, Cesare Gessler 1, Silvia Dorn* ETH Zurich, Institute for Plant Sciences/ Applied Entomology 1 Integrative Biology/ Plant pathology * Contact: silvia.dorn@ipw.agrl.ethz.ch Validations croisées L évaluation biologique de l impact des plantes transgéniques sur les organismes noncibles est, en général, basé sur une simple comparaison, e.g entre les plantes Bt transgéniques et les plantes non-transgéniques sans Bt. En ce qui concerne la présente étude, nous avons choisi un nouveau système biologique afin évaluer l impact d un transgène sur des organismes non-cibles. Une comparaison a été faite entre le cultivar d origine et deux cultivars équivalents mais transgéniques, avec et sans le géne cible. Pour une comparaison supplémentaire, un cultivar a été inclus dans lequel le gène cible a été introduit grâce à une méthode classique de culture. Ce cultivar présentait cependant un patrimoine génétique différent. Nourriture saine, nourriture fraîche et choix La société est en demande de nourriture fraîche et saine. Pour répondre à cette demande, les stratégies de protection des plantes sont apparues en pleine lumière. En général, les pommiers ont besoin d une douzaine de traitements par an même s ils sont cultivés dans des conditions idéales. Ces traitements sont particulièrement importants pour combattre les maladies telles que les tavelures qui sont présentes dans le monde entier. Le pommier sauvage (Malus floribunda 821) contient une Vf qui lui confère une plus importante envers cette maladie fongique. Cette Vf a été transférée par transgénèse au cultivar de pommier sensible (Malus x domestica) Gala ( GalatransVf ). Une seconde lignée Gala-trans0 utilisé dans cette étude-un vecteur contrôlecontient un promoteur et un marqueur de sélection (nptii) mais pas de Vf. Les deux cultivars utilisés dans cette étude de comparaison ont été: le cultivar sensible à la tavelure Gala et le cultivar Florina résistant à la tavelure grâce au gène de Vf obtenu par croisements. En résumé, les cultivars suivants ont été inclus dans les expériences en serre afin de pouvoir formuler des conclusions sur des bases solides.

2 Identifiant Gala Gala-trans0 Gala-transVf Florina Propriétés Cultivar transgène transgène Cultivar Genotype Sans gène de Avec selection promoteur CaMV 35S, marqueur nptii, sans gène de Vector contrôle Avec promoteur CaMV 35S, sélection marqueur nptii, avec gène de HcrVf2 avec Résistance Vf Tavelure Sensible Sensible Résistant Résistant Questions posées Afin de comprendre l impact des cultivars de pommiers transgéniques sur les relations plantes-insectes, en particulier sur les relations par voie chimique, les questions suivantes ont été posées: 1. Comment le cultivar de pommier influence le temps du développement de la mineuse du pommier (Phyllonorycter blancardella)? La mineuse du pommier débute son développement en tant que chenille à l intérieur de la feuille du pommier et devient visible à la surface de la feuille. C est typiquement un organisme non-cible pour la transgénique à la tavelure. L hypothèse la plus évidente serait qu il n y a pas de différence dans le développement de la mineuse du pommier entre les cultivar transgénique résistant à la tavelure, Galatrans Vf et le cultivar correspondant sensible à la tavelure. 2. Comment le cultivar de pommier influence le contenu en squalene, terpène longue chaîne, présent sur la surface des feuilles des plantes infectées par la mineuse? Ce produit du métabolisme secondaire de la plante joue un rôle central pour le prédateur naturel de la mineuse des feuilles, la mouche ichneumon, Pholetesor bicolor. Ce parasite arrive à localiser la mineuse à l intérieur de la feuille du pommier grâce à des concentrations spécifiques et critiques de squalène sur la surface de la feuille, comme cela a été démontré auparavant avec le cultivar Golden delicious. Etant donné que le parasite des cultivars transgéniques résistant à la tavelure est un organisme non-cible, l hypothèse la plus plausible est qu il n y a pas de différence envers le parasite qui sera observée entre le cultivar Gala-trans Vf et le cultivar correspondant sensible à la tavelure, Gala.

3 3. Comment le cultivar de pommier affecte l emission des senteurs? Les senteurs émis à partir de cultivars sains ou infectés par la mineuse des feuilles peuvent influencer le comportement des insectes dans l environnement et ainsi peuvent avoir un impact considérable sur l état de santé de la plante. Les changements dans la composition des senteurs peuvent ainsi amener à la situation où les insectes nuisibles sont soudain attirés ou à la situation où les insectes utiles sont déviés des pommiers, parce que ces organismes non-cibles ne peuvent plus distinguer un message chimique dans le mélange de senteurs. L hypothèse nullhypothesis la plus directe suggèrerait de nouveau qu il n y a pas de différence entre le cultivar transgénique résistant à la tavelure Gala-trans Vf et le cultivar sensible correspondant, Gala. Rapports comparatifs entre des différents cultivars de pommiers 1. Temps de développement de la mineuse de la feuille du pommier et le nombre de mouches écloses: Les résultats des expériences biologiques peuvent être résumées de la manière suivante: Le génotype entraîne des différences dans le temps de développement qui déjà est sujet à une variabilité naturelle dûe à l état phenotypique de la plante Dans ce projet, la mineuse des feuilles s est développée plus vite dans le cultivar transgénique résistant à la tavelure Gala-trans Vf que dans le cultivar sensible correspondant, Gala. Ce développement plus rapide des mineuses est un désavantage pour la santé de la plante parce qu il offre une opportunité à plusieurs générations d insectes nuisibles de compléter leur cycle de vie lors d une seule saison ce qui augmente d autant les dégâts. L activité croissante de la mineuse des feuilles peut entraîner une chute des feuilles prématurée et une baisse de rendement qui peut même persister l année suivante. Prenant en compte l ensemble des ces problèmes, le champ d action pour combattre les mineuses du pommier est réduite. Les ennemis naturels, comme la chenille parasitaire Pholetesor bicolour bénéficient d une plus courte période pour parasiter la mineuse de la feuille induisant des dommages plus importants. Si l analyse était limitée à la comparaison entre les cultivars (Gala et Gala transvf), un léger effet négatif des plantes transgéniques pourrait être conclu. Le cultivar cultivé Florina contenent le même gène de que le cultivar transgénique résistant à la tavelure Gala-transVf a été inclus dans l analyse expérimentale. Le cultivar Florina joue un rôle important dans la culture biologique. Le temps de développement de la mineuse dans la plante transgénique résistant à la tavelure Gala-transVf est comparable à celui du cultivar Florina. Ce résultat suggère que la fongique du cultivar de pommier via le gène de HcrVf2 serait responsable des différences mesurées et non le fait que le cultivar Gala-transVf soit transgénique. Les effets non souhaités de la mineuse du pommier pourrait ainsi ne pas être attribués à la nature transgénique du cultivar Gala-transVf. Il est souvent suggéré que la construction transgénique en elle-même pourrait changer la qualité d un cultivar. Afin de répondre à cette question, le cultivar transgénique Galatrans0 contenant seulement un marqueur et un promoteur (i.e sans gène de ) a

4 été inclus dans l étude de comparaison. Il a été remarqué que ce cultivar Gala-trans0 ne différait pas du cultivar non-transgénique Gala ni du cultiva transgénique Gala-transVf en ce qui concerne le temps de développement des mineuses. Il n y a pas eu d effet indésirable de la plante transgénique Gala-trans0. Le nombre de mouches de la mineuse écloses n était pas différent selon les cultivars de l espéce Gala. Cependant, le nombre de mouches écloses avec le cultivar Florina était plus faible que dans le cultivar Gala, indiquant de nouveau une sensibilité du système choisi. 2. Contenu en squalène terpène à la surface des feuilles Les résultats des analyses chimiques peuvent être résumés de la manière suivante: Basés sur des expériences de la litérature avec des jeunes plants du cultivar Golden delicious, il était attendu que les extraits de feuilles colonisées par la mineuse de la feuille aurait un contenu plus important en squalène que ceux des feuilles saines du même cultivar. En revanche, ceci n a pas été le cas pour le Gala-transVf, le contenu en squalène étant du même ordre de grandeur. Afin de pouvoir interpréter ces résultats de manièr correcte des expériences supplémentaires doivent être envisagées. Le cultivar résistant Florina a montré une quantité plus faible de squalène dans les plantes saines, similaires à Gala-transVf. Ce contenu dans les plantes infectées par la mineuse du pommier a été, en revanche, considérablement supérieure. Ceci veut dire que Florina se conduit de la même manière que Golden Delicious. Le cultivar Gala a montré une quantité plus faible de squalène que celle trouvée dans les plantes saines. Il est intéressant de noter qu il n y a pas de différence visible entre le contenu en squalène dans les plantes saines et dans les plantes infectées par la mineuse. Il n y avait aussi aucune différence entre les cultivars Gala-trans0 et GalatransVf. Ceci suggère que les plantes de la lignée Gala ont le même comportement. 3. Emission de senteurs Les premiers résultats des analyses chimiques ont amené aux conclusions suivantes: Les émissions différentes selon les génotypes ont été mesurées pour les terpènes (E,E)-α-farnesène, caryophyllène et ocimène. Pour le sesquiterpène (E,E)-α-farnesène, un effet sur l approche d insectes nuisibles a été documenté. Dépendant de la concentration, l effet allait de l attraction à la répulsion, indiquant un rôle influant sur le comportement de l insecte. La différence entre les émissions de senteurs est significative entre les cultivars Gala et Florina.

5 Les différences de sélection parmi les lignées Gala nécessitent de plus amples analyses. Les résultats de Gala-transVf et Gala-trans0 résident entre les valeurs des deux cultivars de manière régulière. 4. Conclusions Le système choisi (incluant la méthodologie) permet la mesure de changement subtiles entre deux cultivars de pommiers. Il est ainsi suffisament sensible pour la surveillance des effets secondaires indésirables. Toutes les valeurs mesurées pour les plantes transgénqiues testées tombent dans la gamme entre les deux cultivars.