Université Chouaib Doukkali Facutlé des sciences Année universitaire 2010/2011 LA BIOTECHNOLOGI E APPLIQUEE A L AGRIC ULTURE: Par : ADAMOU GARBA SALHA AHAMADA YOUSSOUF MOUDRAK BOBE FIBA WASSING STEVEN OUEDRAOGO BORIS HONORE AMADOU Supervisé par : Pr. RIFAI PLAN : Introduction
Introduction L agriculture est née avec la mise en terre de semence ou graine par l homme. Cela a commencé il y a 10 000 ans au Moyen-Orient, en Iran ainsi qu'en Nouvelle-Guinée. C'est ce que l'on a appelé la révolution néolithique. Ainsi depuis ces dernières années elle connait un développement prodigieux grâce au progrès sciences notamment de la biotechnologie qui fait des avancés significatives avec la mise en place des organismes génétiquement modifiées. Ce faisant ce travail montrera l apport de la biotechnologie dans le domaine agricole plus notamment celui des organismes génétiquement modifiées. 1- Définitions et origines a- Biotechnologie Bien évidemment, nombreuses sont les définitions qui sont données (et qui ont été données) des biotechnologies. Nous nous limiterons ici aux définitions modernes, schématiquement à celles qui correspondent aux biotechnologies depuis le début du XX e siècle. Le terme "biotechnologie" a été imaginé en 1913 par un ingénieur agricole hongrois, Karl Ereky, qui voulait transformer son pays natal, la Hongrie, en riche contrée exportatrice de produits agricoles. La biotechnologie est une technique visant à réaliser des applications industrielles de la bio conversion, de la transformation des substances organiques, Elle peut également être définit comme étant Les méthodes ou techniques qui permettent d améliorer le vivant ou encore la production de biens et services utilisant des systèmes et procédés biologiques On distingue plusieurs domaines variables d utilisation de la biotechnologie à savoir : - La biotechnologie bleu (ou biotechnologie marine)
- La biotechnologie rouge (santé et pharmaceutique) - Biotechnologie jaune - Biotechnologie vert (agricole) b- les OGM Un organisme génétiquement modifié est un organisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l insertion d un gène provenant d autres organismes.les premiers OGM sont des bactéries transgéniques. La première tentative de transgénèse par l américain Paul Berg et ses collaborateurs en 1972, consista en l intégration d un fragment d'adn du virus SV40, cancérigène, dans le génome de la bactérie E. Coli A partir de la, les OGM seront utilisés progressivement par l'homme et ce dans différent domaines notamment le domaine agricole ou l'on peut dire que Les OGM dans l agriculture sont utilisés comme outils de recherche et de production de molécules d'intérêt. De plus, la transgénèse permet de modifier les plantes pour leur conférer de nouveaux caractères afin d améliorer la production et la qualité des produits. Cette méthode est plus rapide que la sélection variétale traditionnelle. 2- Différentes étapes d'élaboration des organismes transgéniques La possibilité de fabriquer un OGM repose sur le fait que le langage génétique est universel dans tout le monde du vivant connu à ce jour. Du fait de cette universalité, un gène, issus d'un organisme «donneur», peut être introduit dans un organisme «receveur», lequel le prenant à son propre compte, est en mesure de le décoder et ainsi fabriquer la (ou les) protéine(s) qui lui correspond, chacune de celles-ci ayant une fonction Les différentes étapes de la création d'un OGM sont : L'identification et le clonage de la séquence d'intérêt à introduire dans l'organisme cible, La réalisation du transgène, c'est-à-dire la molécule d'adn à introduire dans l'organisme cible, il peut s'agir de la séquence d'intérêt seule, ou d'une séquence comportant plusieurs gènes. L'introduction du transgène dans une cellule de l'organisme cible, puis son intégration au génome. Le dernier point comporte deux étapes essentielles, différentes l'une de l'autre, mais souvent confondues. Le transfert d'une molécule d'adn dans un organisme et le transfert de cette même molécule dans le génome de l'organisme. Cette confusion est renforcée par l'utilisation du terme vecteur qui désigne à la fois, une molécule d'adn comportant le ou les gènes d'intérêt (plasmides, transposons, virus (génome)), ou l'organisme vivant (Agrobacterium tumefaciens, virus) qui permet l'introduction du premier vecteur dans l'organisme cible. 3- Différents types d OGM Même si on parle surtout de plantes transgéniques, elles ne constituent qu'une partie des OGM. En effet, les 2 aspects de la production agricole (culture et élevage) utilisent les
applications du génie génétique pour améliorer les performances des plantes et des animaux. Aussi pour répondre aux exigences de productivité, de qualité et de résistance aux parasites, des OGM sont fabriqués. Chez les plantes : La très grande majorité des plantes sont des plantes résistantes : Plantes résistantes par production de protéines insecticide. Maïs ravagé par la chenille de la pyrale Chenille de la pyrale Par exemple les maïs Bt sont des variétés auxquelles on a inséré le gène d une bactérie (Bacillus thuringiensis) qui permet la fabrication d'une protéine insecticide. Celle-ci agit en bloquant les cellules intestinales des larves des lépidoptères, coléoptères et diptères. Elle permet de tuer la chenille de la pyrale, un papillon dont la larve cause d'importants dégâts dans la tige du maïs (photo de gauche). Plantes capables d'être soumises à un herbicide sans mourir : Par exemple le soja Roundup Ready : Le glyphosate, principe actif du Roundup (TM) est un herbicide qui inhibe une enzyme nécessaire à la production d'acides aminés (élément constitutif des protéines) chez l ensemble des végétaux, c'est pourquoi tous les végétaux traités avec le glyphosate meurent. Le gène qui code pour la fabrication de cette enzyme a été modifié pour que l enzyme ne puisse plus permettre la fixation du glyphosate et ainsi l'empêcher d exercer son effet inhibiteur. Le soja résiste au Roundup (TM). Un certain nombre d autres plantes sont à l étude, voire sont déjà commercialisées, pour le développement de qualités agronomiques ou industrielles : Plantes qui résistent à des maladies virales, Plantes qui résistent à des attaques de champignons, Plantes adaptées à des conditions difficiles ou limitantes (sécheresse, froid) Plantes à valeur nutritive modifiée (ex: le riz doré capable de produire de la vitamine A)
Et d autres plantes adaptées à des utilisations ciblées Pour la qualité des produits, les travaux les plus nombreux portent sur l'amélioration des protéines de réserve pour l'alimentation animale ou humaine, l'amélioration de la composition en acides gras des huiles végétales pour l'alimentation, des fruits et des légumes au goût amélioré... mais c'est aussi l amélioration du peuplier pour la production de pâte à papier A partir du moment où les PGM n'ont plus été modifiées dans un but uniquement quantitatif mais aussi qualitatif, elles ont été dites de deuxième génération. Chez les animaux : Bien que le premier animal transgénique, une souris géante, ait vu le jour en 1982, les animaux transgéniques sont encore des animaux de laboratoire. En effet, il semble beaucoup plus difficile d intégrer un ADN étranger dans une cellule animale, où de nombreux obstacles visent à l éliminer, que dans une cellule bactérienne ou végétale. Les questions éthiques soulevées sont par ailleurs importantes. En revanche, il est beaucoup plus facile de maintenir un animal transgénique qu une plante dans un environnement confiné et les risques de dissémination de gènes dans l environnement sont moins élevés. Des recherches portent également sur des animaux OGM d'intérêt agricole, particulièrement dans le domaine de la pathologie. Les recherches avancent cependant plus lentement que sur les OGM végétaux en raison de difficultés techniques (notamment, pas toujours de cellules totipotentes, système de défense et de régulation plus ou mois élaborés...), financières et sociologiques (nous sommes sans doute moins près à voir des animaux GM que des végétaux GM). Il existe : Des vaches sécrétant dans leur lait une protéine antibactérienne, la lysostaphine, qui est capable de tuer la principale bactérie impliquée dans les infections mammaires (Staphylococcus aureus). Des vaches dépourvues du gène PRP ont été obtenues. Elles sont potentiellement résistantes à la maladie de la vache folle. Des porcs sécrétant dans leur salive une enzyme bactérienne, la phytase, rejettent jusqu à 75 % de moins de phosphate polluant dans l environnement. Le projet le plus avancé est celui qui consiste à accélérer la croissance des poissons et en particulier des saumons grâce au transfert d un gène d hormone de croissance. Le développement de ces animaux est effectivement au moins deux fois plus rapide.
4- Les OGM dans le monde L utilisation des OGM est de plus en plus utilisée à travers le monde : Le graphique suivant montre l'évolution des superficies des cultures OGM pour la période 1996-2007. Dans quels pays? Les cultures de plantes transgéniques représentent 114 millions d ha en 2007 soit 8% de la surface cultivée dans le monde (1,5 milliard d ha) dont 93,3% sur le continent américain
(James, Clive, 2007). L'installation des firmes de biotechnologies aux Etats-Unis telles que Monsanto et Dupont de Nemours explique le développement important des OGM dans ce pays. Production d'ogm en 2005 (Rapport 2005 de l'isaaa) Cinq pays représentant plus de 95% de la production d'ogm commercialisés Autres pays producteurs d'ogm commercialisés pays où les plantations sont principalement expérimentales Quelles espèces cultivées? Ces quatre espèces représentent plus de 99% des surfaces cultivées en variétés transgéniques. Avec 59 millions d'ha, le soja transgénique est le plus répandu. Il s'agit de variétés résistantes
qui simplifient beaucoup la culture. Il est surtout cultivé aux Etats-Unis (81% du soja américain) et en Argentine (90% du soja argentin). Son développement plus récent au Brésil, est lié à la compétitivité de l'économie argentine. Le maïs transgénique apporte la résistance à la pyrale et en moindre proportion, la résistance aux herbicides (notamment au glyphosate). Il est également le plus développé aux Etats-Unis (40% des surfaces en maïs d'après le site de l'usda United State Department of agriculture). Le coût de la semence du maïs résistant aux insectes et le niveau moyen d'attaques font que le bilan économique n'est pas toujours positif, ce qui explique le moindre développement du maïs par rapport au soja (Gallais & al. 2006). En effet, il n'est pas toujours nécessaire de traiter le maïs contre la pyrale, et les désherbants conventionnels sont efficaces et peu coûteux. Quels types de résistance sont les plus utilisés? Seulement deux caractères transgéniques sont développés à grande échelle : la résistance aux herbicides (64% des surfaces cultivées) et aux insectes (17%) ou les deux caractères associés (19%) comme certaines variétés de cotonnier ou de maïs. Le choix de ces caractères est évidemment lié aux perspectives de gain économique, lutte chimique et perte de rendement moindres, selon les contraintes habituellement rencontrées. Il y a plus de problèmes de désherbage avec le soja qu'avec le maïs, et plus de problèmes de lutte contre les insectes avec le maïs et le cotonnier qu'avec le soja. 5- Avantages et les inconvénients L'utilisation des OGM dans le domaine agricole présentent quelques avantages mais également quelques inconvénients que nous développerons dans ces paragraphes, a- avantages -elles assurent une meilleure production agricole et une grande variété de produit comme exemples nous pouvons mentionner quelques Variétés performantes issues de la sélection au mali par exemple: Le riz: Gambiaka qui assurent une bonne productivité et qui est de bonne qualité
Le Maïs: Sotubaka qui possède un rendement élevés. -elle permet l'obtention de nouvelles variétés plus performantes beaucoup plus rapidement que par croisement biologique. -l'introduction de nouveaux gènes dans le patrimoine d'une espèce peut lui conférer une résistance à certaines maladies, notamment virales (On utilise des gènes de résistance à des virus présents dans d autres plantes qu on introduit dans les plantes à cultiver) Exemple : le court noué de la vigne (du a un «népovirus») : -l'utilisation de plantes génétiquement modifiées peut grandement faciliter le travail des agriculteurs, notamment en ce qui concerne le traitement des champs -De plus, il a été prouvé par les chercheurs et les scientifiques que les agriculteurs qui cultivent des OGM à l air libre ne verront plus leurs récoltes pourrir du fait des conditions climatiques ou d insectes parasites identifiés sous le nom d insectes cibles. Ainsi, les OGM, ayant été rendus plus résistants, permettent un rendement bien supérieur à la moyenne.
- il serait également possible de créer des «plantes usines" productrices de médicaments. Ainsi, il serait possible d'avoir recours à l'agriculture moléculaire, ou moléculture végétale et animale, qui consiste à utiliser des plantes ou des animaux génétiquement modifiés, pour produire des composés pharmaceutiques ou moléculaires. Une possibilité en voie d'expérimentation est la production du «facteur IX», une protéine qui sert à la coagulation chez les hémophiles, cette protéine étant habituellement extraite de cellules sanguines. La production de cette molécule par moléculture pourrait permettre de réduire le risque de transmission de maladies comme l hépatite B et le SIDA. Les aliments seraient plus nutritifs : en effet, grâce aux OGM, on pourrait modifier la valeur nutritive d'un aliment afin de résoudre un problème de nutrition. Cela permettrait notamment de diminuer les carences (en vitamines A, etc.) des populations des pays en voie de développement. -Les OGM permettent l'utilisation de moins de produits chimiques. En effet, la culture d OGM résistants à un insecte permettrait de réduire l'apport de produits chimiques au champ, puisque la plante peut se défendre ellemême contre l insecte nuisible en produisant en quelque sorte son propre insecticide. b-inconvénient Le problème posé par les OGM est dû à la technique même de la transgénèse qui n est pas autant maîtrisée que les scientifiques le prétendent, Cette lacune de maîtrise est due à une connaissance incomplète des «mécanismes» génétiques et des voies métaboliques d une cellule. Nous pouvons également mentionné: -. Résistance des insectes à la toxine produite par la plante OGM. Exemples: France le principal ravageur du maïs est la Pyrale qui prolifère rapidement. La transgenèse a permis d obtenir de nouvelles variétés de maïs qui ont été transformées dans le but de les rendre capable de produire la toxine Bt, active contre la Pyrale. Mais différentes expériences ont permis de constater une résistance à la toxine de la part de ces ravageurs - Les OGM végétaux cultivés à des fins industrielles peuvent constituer un danger alimentaire si on envisage d en utiliser les résidus pour l alimentation animale : des produits chimiques issus des OGM pourraient alors entrer dans la chaîne alimentaire. Il y a également un risque important, si on cultive des plantes OGM d intérêt industriel à proximité de cultures destinées à l alimentation : l expression d un gène transféré accidentellement et codant un composé non destiné à l alimentation pourrait avoir des effets préoccupants.
Conclusion On considère aujourd hui que les plantes transgéniques représentent une importante filière d innovations. Mais certes ces nombreuses innovations paraissent bénéfiques, il est d autant plus important de reconsidérer la question et de revoir les risques encourus par la transgénèse. Si on prend les maïs transgéniques, dits Bt, se défendent contre les insectes nuisibles, la pyrale essentiellement. Mais ils tuent aussi des insectes utiles comme les larves de chrysopes vertes. Ces larves, prédatrices des chenilles dévoreuses de maïs, se retrouvent victimes de la toxine présente à l'intérieur de l'estomac de ces chenilles. La toxine synthétisée par le maïs transgénique est devenue encore plus nocive une fois ingérée par les chenilles. Sans doute parce que sa structure chimique s'est altérée lors de la digestion. Pour prouver d'autres effets "boules de neige" encore plus dévastateurs, il faudrait analyser toute la chaîne alimentaire animale et végétale. Ce qui n'est pas encore fait. Autrement dit les OGM présentent un atout majeur pour un développement rapide du secteur agricole dans bon nombres de pays car elles présentent des avantages irréfutables cependant elles effrayent la planète a cause surtout des risques sur la santé qui, jusqu a à ce jour, ne sont pas démontrés.