PP-IBV1

Les biotechnologies végétales
Les OGM

Le “langage” génétique est
commun à tous les êtres vivants
microorganismes
plantes
ADN
animaux
humains
2

En préambule
• Tous les organismes vivants sont constitués de
cellules. Dans chaque cellule se trouvent les
chromosomes dans lesquels sont stockées les
informations génétiques (au niveau de l’ADN).
• Le langage génétique est commun à tous les êtres
vivants, ce qui explique la transmission au fil des
générations de caractères génétiques au sein d’une
espèce, mais aussi la possibilité de transferts de
gènes entre espèces.

Code génétique = universel
L’ADN, support de l’information génétique

Les biotechnologies végétales
• Ce sont l’ensemble des techniques utilisant des
organismes vivants pour fabriquer ou modifier un
produit utile à l’homme ou améliorer les espèces.
• Le brassage de la bière ou la production de
fromage (fermentation) sont les premières
biotechnologies utilisées (4000 ans avant JC)
• Depuis la compréhension du langage génétique
(1953), des techniques de caractérisation des
génomes et de transfert de gènes ont été
développées.

Une vieille aventure ...
Apparition du génie génétique
Crick et Watson : support du patrimoine génétique
Gregor Mendel : bases de la génétique
Louis Pasteur :
rôle des microorganismes
Egyptiens : Vin, bière, pain
4000 av. JC
1865
1861
1960
1973

Les techniques
• La culture in vitro
• L’analyse du génome
• Le marquage moléculaire
• Le séquençage
• Le génie génétique

La culture in vitro
• La culture in vitro utilise la capacité unique que
possède la cellule végétale de régénérer une
plante entière.
• Elle permet de multiplier en grand nombre des
plantes à partir de fragments de la plante ou de
groupes de cellules:
– Cultures de cellules
– Cultures de méristèmes (zones de croissance
permanente des plantes)
– Cultures de protoplastes (cellules végétales sans
parois)

De la culture de cellules à la
regénération en laboratoire

Les utilisations de la
culture in vitro
• La micropropagation à partir de différents organes
(exemple : les fraisiers, les bananiers ou les rosiers…)
• L ’accélération des cycles par cultures d’embryons
(exemple : cacaoyer, bégonia…)
• La multiplication de méristèmes pour obtenir des plantes
non virosées (exemple : pomme de terre)
• La production d’haploïdes doublés , c’est à dire du
doublement du génome de cellules reproductrices
intéressantes qui permet de stabiliser rapidement des
variétés productives (exemple : colza, orge blé, maïs).

Les utilisations de la
culture in vitro
• Le sauvetage d’embryons, la fusion de protoplastes
(cellules dont la paroi a été dégradée) permettant des
croisements interspécifiques compliqués
• Les mutations induites, utilisant certains éléments
physiques (UV, rayons X, irradiations) ou faisant agir
des composés chimiques (divers agents alkylants) et les
mutations dirigées, fruit du développement des
techniques de séquençage et marquage moléculaire
récentes. Les plantes considérées comme
intéressantes sont sélectionnées et regénérées. Cette
technique est utilisée depuis 1960 sur plus de 180
espèces et 2500 variétés commercialisées.

La connaissance du
génome
• Les techniques moléculaires d’étude des génomes
permettent de connaître la fonction des gènes pour
mieux comprendre le vivant
• Elles permettent d’identifier, isoler et comprendre le
fonctionnement des gènes (ADN), mais aussi
analyser l’expression des gènes dans les tissus (ARN)
ou encore localiser les protéines et déterminer les
interactions qu’elles ont avec les autres composantes
du métabolisme

Les cartes génétiques
• Quelques caractères sont dits “dominants”, comme
la résistance ou la sensibilité à une maladie. Ils sont
identifiés sur une et/ou deux des deux copies d’un
gène (allèles).
• Mais la plupart des caractères mesurables comme le
rendement, la taille, la qualité ou encore la précocité,
peuvent impliquer plusieurs gènes et de nombreux
allèles. Les chercheurs recherchent alors des QTL =
locus de caractères quantitatifs), c’est à dire des
zones caractéristiques intéressantes

Le marquage
moléculaire
Le marquage moléculaire consiste à repérer et
suivre des gènes d’intérêt ou des régions
d’intérêt sur le génome. Cette technique,
développée depuis les années 1985, a permis de
développer des cartes génétiques d’un grand
nombre de plantes, dont celles de la plupart des
plantes de grande culture. Aujourd’hui, grâce aux
outils informatiques performants, il est possible
non seulement d’étudier la présence ou non d’un
gène, mais aussi de régions de gènes codant pour
un caractère étudié

Les marqueurs
• Les marqueurs sont des séquences d’ADN qui
renseignent sur le génotype d’un individu. Ils
permettent :
– De comparer et caractériser des individus et des
variétés (empreinte génétique)
– D’identifier des gènes d’intérêt (carte génétique)

Exemple de cartographie obtenue par analyse des marqueurs

Les cartes génétiques
• Au delà des gènes exprimés, beaucoup de
gènes sont inactifs ou sont impliqués dans des
systèmes de régulation.
• La robotisation (déchiffrage automatisé des
séquences génétiques) et la bioinformatique
(analyse informatisée des séquences) ont
permis de réaliser des cartographies
complètes.

La cartographie
génétique
• La première carte génétique partiel du maïs
date de 1935
• La première carte génétique complète a été
établie sur la “plante modèle” de laboratoire
Arabidopsis thalianus en 2000
• Aujourd’hui, de nombreuses céréales, des
fruits et des légumes sont entièrement
séquencés : maïs, riz, blé, tomate, pomme de
terre, vigne, banane…

L’amélioration par
croisements
Pour introduire un gène ou un QTL
intéressant dans des variétés dites “élites” ,
c’est à dire des variétés conventionnelles déjà
sélectionnées pour de multiples autres
caractéristiques, les sélectionneurs effectuent
les croisements nécessaires pour obtenir une
variété nouvelle et stable qui pourra être
inscrite au catalogue des variétés

L’amélioration
génétique
• Certaines techniques de transfert peuvent permettre
l’introduction d’un gène directement dans une
cellule.
• La technique la plus connue est la transgénèse, qui
aboutit à la création d’un OGM
• Des techniques très récentes, connues sous le
vocable de “nouvelles techniques de sélection”,
proposent des modifications du génome ou de son
expression (ARN et protéines)

Les nouvelles techniques
de sélection
• Des séquences de synthèse (oligonucléases)
peuvent induire l’insertion ou la déletion précise
de l’ADN et donc de l’apparition ou la disparition
d’un caractère
• Des variantes de la technique de transgénèse
peuvent permettre l’introduction de caractères
dans des espèces voisines (cisgénese,
intragénèse)
• Des techniques concernant non plus les
séquences d’ADN mais l’expression du gène se
développent (épigénétique)

La transgénèse
• La transgénèse est la technique qui permet
d’obtenir un OGM
• La découverte en 1977 du transfert de gènes par
des bactéries a précédé la construction du
premier OGM, un “prototype”,en 1983 (un tabac
résistant à un antibiotique)
• la construction génétique intégrée comporte le
gène d’intérêt, un gène permettant de contrôler
la bonne insertion du gène d’intérêt et un autre
permettant la localisation de la construction
génétique dans le génome.

La transgénèse
23
GNIS

Classeur GNIS page 28

Les étapes dela transgénèse

Définition de l’OGM
• L’OGM est un organisme dont le matériel
génétique a été modifié par un moyen autre que
la multiplication ou la recombinaison naturelle
pour lui conférer une ou plusieurs
caractéristiques nouvelles.
• Il peut s’agir d’un micro organisme, d’un animal
ou d’une plante : on peut parler de PGM (plante
génétiquement modifiée) ou de plante
transgénique ou de plante biotechnologique.

Obtention d’une variété
commerciale OGM
• Après vérification de l’intégration du gène d’intérêt,
les cellules sont cultivées dans les milieux de culture
permettant leur régénération in vitro (passage de
cellules indifférenciées en plantules)
• Les plantules OGM passent du laboratoire en serre
(mise en terre)
• Les plantes transformées (OGM) sont alors croisées
avec différentes variétés “élites” , testées et
autorisées avant leur commercialisation

Obtention d’une variété
commerciale OGM
GNIS

Développement des
OGM
• Le premier OGM (plante transgénique ou
encore plante biotechnologique), un tabac, est
développé en 1983
• La première culture commerciale (une tomate
à maturation retardée) date de 1994
• En 2011, 160 millions d’hectares d’OGM ont
été cultivés

Quelques données
ISAAA 2013
• 170 millions d’hectares d’OGM dans le monde en
2012, soit un peu plus de 10% de la SAU
mondiale
• 17,3 millions d’agriculteurs utilisateurs dans 28
pays
• Une croissance annuelle de près de 10% depuis
1996 (8% en 2011, 6% en 2012)
• Les 5 principaux producteurs d’OGM des pays du
Sud produisent 46% des OGM et représentent
40% de la population

Surfaces par pays

Evolution des
surfaces OGM
dans le monde

Evolution production OGM
pays du Nord, pays du Sud

Surfaces OGM par
culture

Estimation du nombre
d’OGM en 2015

La situation
européenne
• deux OGM sont autorisés à la culture au niveau
européen, dont un seul fait l’objet de plantation
(maïs résistant à la pyrale), mais 8 moratoires
nationaux empêchent leur utilisation
• Actuellement, l’Espagne est le principal pays
utilisateur d’OGM, avec une récolte 2012 estimée à
116 000 ha (soit 30% de la surface totale de maïs)
• La France a pris depuis 2007 différents arrêtés
d’interdiction de mise en culture du maïs Bt autorisé

Situation en Europe
Pas de cultures
Cultures
commerciales
Les agriculteurs européens ne
peuvent cultiver que trois OGM
dont un seul
disponible : mais Bt
Les agriculteurs américains
disposent de plus de 25 OGM

Pays européens
cultivant des OGM
Biotech crop cultivation in the EU
140000
Sweden
Poland
ha
110000
80000
`
Romania
Slovakia
Germany
Portugal
Czech republic
50000
France
Spain
20000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Years

La législation
• Un OGM ne peut être mis sur le marché sans
une autorisation préalable de l’Union
européenne, qu’il s’agisse d’importer un
produit alimentaire pour l’homme ou l’animal
contenant des OGM ou de planter des
semences OGM
• Des directives et des réglements encadrent
toute autorisation de mise sur le marché
• Le système d’autorisation de l’Unions européenne est
réputé compter parmi les plus stricts au monde.

• les directives
Les textes
réglementaires
– 90/219 modifiée par la directive 98/81 : utilisation
confinée des micro organismes génétiquement
modifiés
– 2001/18 : essais en champ et cultures
commerciales (dissémination volontaire)
– 2002/29 : semences et plants
– 2004/35 : responsabilité environementale
– 91/414 : sur les produits phytosanitaires

• Les réglements
Les textes
réglementaires
– 1829/2003 : denrées alimentaires et aliments
pour animaux OGM
– 1830/2003 : traçabilité et étiquetage des
OGM/traçabilité des produits destinés à
l’alimentation humaine ou animale produits à
partir d’OGM, modifiant la directive 2001/18
– 1831/2003 : additifs destinés à l’alimentation des
animaux

Les textes réglementaires
français
• Chaque Etat doit transposer la réglementation
européenne en droit national
• 5 décrets et 2 arrêtés français ont transposé
en droit français de la directive 2001/18
• Une loi française spécifique sur les OGM a été
édictée le 25 juin 2008. Elle s’accompagne de
différents décrets

La loi OGM 2008 : les
points principaux
• La liberté de consommer et de produire avec ou
sans OGM
• La création d’un Haut conseil des biotechnologies
• La création d’un délit de fauchage
• La mise en place d’un régime de responsabilité
• Une déclaration de mise en culture, l’information
avant semis des exploitants voisins, la publication
d’un registre des cultures

La loi confirme :
• L’étiquetage des produits OGM selon la
réglementation européenne
• Le suivi des cultures par un Comité de
surveillance biologique du territoire

Les décrets
• La définition du seuil « sans OGM »
• Les règles de coexistence qui se
substitueraient à celles existantes, la
définition de zone sensible

Etapes d’autorisation
d’un OGM

Les agences sanitaires
• Au niveau européen : l’EFSA ou l’AESA
(agence européenne de sécurité des aliments)
– Créée en 2002
– Est en charge de l’évaluation de la sécurité pour
l’environnement et pour la santé humaine et
animale
– S’appuie sur les avis des agences nationales
– Assure la transparence et la communication vers
le public

Les agences sanitaires
• Les organismes sanitaires français sont le Haut Conseil des
biotechnologies (HCB) et l'Agence française de sécurité
sanitaire (ANSES)
• Les avis de l'ANSES concernent uniquement les OGM et leurs
produits destinés à être utilisés en tant que denrée
alimentaire ou aliment pour animaux. L'autorisation
concernant la mise en culture étant quant à elle, évaluée par
le Haut conseil des biotechnologies.
Sur la base de l'avis rendu par l'ANSES, la DGCCRF transmet à
l'EFSA les commentaires de la France sur les dossiers. L'EFSA
analyse les commentaires de tous les états membres, pour
rendre son avis.

• En avril 2013
Etat des votes au
niveau européen
– 2 OGM étaient autorisés à la culture (un seul disponible
sur le marché : le maïs Bt)
– 48 OGM étaient autorisés à l’importation
– 74 dossiers étaient en attente
• 55 au niveau de l’EFSA
• 19 au niveau des instances décisionnaires politiques
(Etats membres ou Commission européenne).
• La liste des OGM autorisés est mise à jour sur le site
européen :
http://ec.europa.eu/food/dyna/gm_register/index_en.cfm

Quelques exemples d’OGM

Le maïs résistant à la
pyrale
• 45% des surfaces françaises de maïs sont
infectées par la pyrale ou la sésamie
• La perte annuelle est estimée à 67 millions
d’euros
• Le maïs résistant à la pyrale contient un gène
d’une bactérie du sol transférant une
résistante efficace à la pyrale sans utilisation
de pesticides contre ce fléau

Des dégâts importants
Les dégâts occasionnés par la pyrale et la sésamie peuvent
entrainer des baisses de rendement jusqu’à 30%
Les dégâts sur les épis
détériorent la qualité des
grains (“porte d’entrée” des
mycotoxines)
A la récolte, de nombreuses
plantes cassées ou versées

La proteine Bt : une solution
issue de la nature
Une bactérie du sol produit
naturellement une
substance insecticide : la
proteine Bt
La protéine Bt, découverte il
y a plus de 60 ans, est
utilisée comme biopesticide,
notamment en agriculture
biologique.
Bacillus thuringiensis

Mode d’action
La protéine Bt n’agit que contre les larves des Lépidoptères
L’insecte adulte peut pondre sur le maïs et ses œufs peuvent
éclore, mais lorsque les larves tentent de se nourrir, elles
meurent suite à l’ingestion de la protéine Bt
Début d’attaque sur tige
stoppée

L’expérience française
L’expérience de cultures de maïs Bt en 2007-2008 sur
22 500 hectares en France a démontré un gain
moyen voisin de 1 tonne/ha (soit de 100 euros à
l’hectare en 2007, mais plus de 250 euros au cours
actuel du maïs). En Espagne, le gain estimé en 2012
est de près de 300 euros/hectare. Ce gain
correspond à une lutte efficace contre la pyrale et la
sésamie qui évite l’emploi d’insecticides et qui
diminue les pertes de récolte. Il prend en compte le
surcout de la semence

Méta-analyse
36 études analysées sur le maïs Bt démontrent
une augmentation moyenne de rendement
plus forte dans les pays du Sud (16%) que dans
les pays du Nord (3 à 4%).
Les écarts constatés varient de -3 à 13% au Nord
et de 0 à 62% au Sud
Carpenter, 2010, Nature biotechnology

Données économiques
– un rendement moyen supplémentaire de 3,9%,
– une baisse des coûts de pesticides de 67%,
– une baisse des coûts de travail de 5% malgré un coût de
la semence de 48% de plus.
En Espagne, ce gain est de 6%, en Allemagne, il atteint 12%.
La baisse des coûts de pesticides est de 56% en Espagne, 25% en
Allemagne, 62% en Afrique du sud. L’augmentation des coûts
liés à la semence OGM s’élève à 10% en Espagne, 17% en
Allemagne.
Assessment of the economic performance of GM crops worldwide, avril 2011
http://ec.europa.eu/food/food/biotechnology/reports_studies/docs/economic_performance_report_en.pdf
Impact of GM crops on biodiversity https://www.landesbioscience.com/journals/gmcrops/article/15086/

Le soja tolérant à des
herbicides
• Le glyphosate, herbicide total, inhibe une
enzyme nécessaire à la synthèse d’acides
aminés essentiels pour la plante
• En introduisant dans les cellules du soja un
gène d’une bactérie du sol, le soja continue à
synthétiser ces acides aminés en présence de
glyphosate, d’où la tolérance à cet herbicide
• Une pulvérisation de glyphosate élimine tous
les végétaux, sauf le soja OGM

Soja tolérant à un
herbicide

Données économiques
• L’adoption du soja tolérant aux herbicides est très
importante sur le continent américain. 99% du soja
en Argentine, 95% aux Etats Unis, 75% au Brésil
• Des études montrent des rendements souvent
supérieurs (entre 0 et 20% dans les pays du Nord
avec une moyenne de 7%, entre 0 et 35% dans les
pays du Sud, avec une moyenne de 21%) 1 .
https://www.landesbioscience.com/journals/gmcrops/article/15086/

Augmenter la production
de manière durable
Mais l’intérêt constaté pour ce soja OGM est aussi et lié à
des avantages concernant sa pratique culturale.
• En effet, la culture du soja tolérant à des herbicides est
souvent simplifiée pour l’agriculteur qui n’a plus besoin de
désherber.
• Elle permet également une plus grande flexibilité (certains
agriculteurs américains ont un autre métier). Ce temps
gagné a été évalué aux Etats-Unis à 12 dollars par hectare.
• La culture de soja tolérant à des herbicides est aussi
compatible avec le non labour. Une baisse de 25 à 58% des
opérations de labour a ainsi été constatée aux USA, au
Brésil et en Argentine.

Les nouveaux caractères introduits
et les nouveaux OGM
• La tolérance à la sécheresse appliquée au maïs
• La résistance au mildiou appliquée à la pomme de terre
• La résistance à un virus appliquée au haricot
• L’amélioration des profils en acides gras saturés appliqué au soja
• L’enrichissement en minéraux et vitamines appliqué au manioc
Mais aussi
• Une meilleure assimilation de l’azote chez le maïs
• La résistance du blé au puceron
• Des bénéfices santé obtenus d’oranges rendues « sanguines »

Le maïs face au stress
• Le maïs utilise l’eau de façon efficace mais
– Il est très sensible au stress hydrique au moment
de la floraison
– La fermeture des stomates , corrélée à l’efficacité
de la photosynthèse, engendre une baisse de
productivité

Le maïs OGM tolérant à la
sécheresse
• Contient une protéine “chaperonne” qui facilite la
mise en place de nombreuses réactions cellulaires et
permet le maintien de la photosynthèse
• l’USDA a autorisé le trait de tolérance à la
sécheresse de Monsanto et Basf (programme Yield
and Stress) en décembre 2011
• Des essais à grande échelle (4000 hectares, 250
agriculteurs) ont eu lieu en 2012 dans les Grandes
plaines de l’ouest américain

Pomme de terre résistante
au mildiou
• Cette pomme de terre de table est résistante au
mildiou grâce à l’introduction de deux gènes de
résistance issus de variétés sauvages sud
américaines. Des essais antérieurs de croisement par
sélection conventionnelle n’avaient pu aboutir.
• Développée en 2003 par BASF, elle a fait l’objet d’une
demande d’autorisation de mise sur le marché en
2011
• Fera l’objet d’essais sur 1 HA en 2012 en Allemagne,
Suède et Pays Bas

L’huile de soja
• Huile végétale la plus consommée aux Etats
Unis
• Bonne source d'oméga-3 et d'oméga-6
• S’oxyde naturellement
• ne doit pas être chauffée (friture)
• L’hydrogénation de l’huile de soja pour la
stabiliser induit la présence d’acides gras
trans

L’huile de soja OGM
• Pioneer évalue une huile de soja OGM avec:
– Une composition en acide oleique (Omega-9)
élevée : 75% (comme celle de l’huile d’olive)
– 20% d’acides gras saturés en moins (par rapport
aux huiles de soja) (75% de moins que dans
l’huile de palme) : composition plus saine en
acides gras
– 3% d’acide linolenique : assurant la stabilité
“naturelle” de l’huile
– 0% d’acides gras trans

Situation recherche en
Europe
• En France, en 2000 on dénombrait plus de 170 essais OGM. En 2008, leur nombre
était inférieur à 15.Dans le même temps, plus de 1000 essais étaient menées aux
Etats-Unis.
• De 2003 à 2008, plus de la moitié des essais français ont été détruits, atteignant
près de 70% en 2008. Il n’y a pas eu d’essais en 2009
• En 2010, une seule expérimentation a été autorisée en France. Cet essai sur une
vigne transgénique mené par l’INRA- selon une méthodologie qui se voulait
modèle- a subi des actes de destruction.
• En 2011, aucun essai OGM n’a été conduit en France
Cette situation a entraîné une délocalisation de l’activité Recherche et
Développement des entreprises ainsi qu’un départ des chercheurs français de ce
domaine à l’étranger.

Nombre d’essais au champ
en Europe
Seulement 55 essais en 2011 : chiffre le plus bas depuis 1991