Manipuler les plantes directement dans leur environnement
Des chercheurs américains et chinois ont réussi pour la première fois à développer des forçages génétiques (une réaction génétique en chaîne qui se transmet de manière hégémonique à la descendance) pour les plantes. Grâce à cette nouvelle technique génétique, les plantes peuvent être manipulées directement dans leur environnement plutôt qu’en laboratoire. Cela permet, par exemple, d’éliminer les « mauvaises herbes », de lutter contre la résistance aux herbicides et de relever les défis liés aux espèces envahissantes ou au changement climatique.
Une propagation plus rapide des constructions génétiques artificielles que dans le cas d’une transmission héréditaire normale ? Ce qui semble inimaginable devient possible grâce aux forçages génétiques. L’objectif de cette application est de modifier les populations dans la nature. La modification génétique des organismes est ainsi transférée du laboratoire à l’environnement. La réaction génétique en chaîne basée sur CRISPR peut être comparée à la libération d’une nouvelle espèce hautement invasive, capable de provoquer des changements écologiques irréversibles en peu de temps. En effet, dans la nature, la transmission des gènes suit généralement les lois de Mendel, qui prévoient une chance égale pour tous les allèles d’être transmis à la génération suivante – un pilier de la sélection naturelle darwinienne. Cependant, les forçages génétiques conduisent à la transmission de certains gènes à un taux supérieur aux 50 % attendus, de sorte que ces gènes peuvent s’imposer dans la population en quelques générations, même s’ils sont nocifs pour les organismes. Ce mécanisme permet de manipuler les populations naturelles en introduisant des caractéristiques souhaitées par l’homme, même si elles nuisent aux organismes cibles.
Dès 2015, des forçages génétiques ont été développés pour induire des modifications dans le génome des levures et des insectes, puis pour la première fois chez les mammifères en 20191. Les partisans de cette technologie la présentent comme une solution efficace pour endiguer les maladies transmises par les insectes, telles que le paludisme, éradiquer les rats et autres espèces envahissantes, comme le crapaud commun qui menace les espèces indigènes en Australie, et même empêcher l’extinction d’espèces menacées. Cependant, un groupe d’organismes a jusqu’à présent été exclu de ce boom de la recherche : les plantes.
Pour l’instant, les forçages génétiques ont été testés en laboratoire sur la plante modèle Arabidopsis thaliana. Avec un assouplissement de la réglementation relative aux nouvelles techniques génétiques appliquées aux plantes, celles-ci pourraient se retrouver dans les champs. Il faut empêcher cela, car les conséquences écologiques sont ni contrôlables ni prévisibles.
Première percée – de grands projets
Selon la revue « Nature Plants », il a été possible pour la première fois de développer des forçages génétiques dans des plantes. Après avoir surmonté un obstacle technique qui existait depuis longtemps, deux équipes de recherche chinoises et américaines ont, indépendamment l’une de l’autre, modifié l’Arabidopsis thaliana – une plante modèle très appréciée en laboratoire, apparentée à la moutarde – de manière à ce qu’elle porte une information génétique transmise à 99 % à sa descendance2,3. Les expériences ont démontré que les constructions génétiques synthétiques peuvent effectivement se propager rapidement dans une population et supplanter les plantes naturelles. Les chercheurs y voient une approche innovante pour relever les défis actuels de l’agriculture, tels que la lutte contre les mauvaises herbes résistantes aux herbicides, les maladies des plantes qui nuisent aux rendements agricoles ou les espèces végétales envahissantes qui perturbent les écosystèmes locaux. Selon les chercheurs, ce mécanisme, qui suspend l’évolution naturelle, pourrait propager dans les populations naturelles des gènes rendant les mauvaises herbes plus sensibles aux herbicides ou réduisant leur pollinisation et leur nombre. Des gènes utiles à l’homme pourraient également se propager rapidement dans une population, accélérant ainsi la pratique du croisement de caractères souhaités.
Les deux équipes estiment que leur système de forçage génétique pourrait saturer une population végétale en 10 à 30 générations avec un gène11 conduisant à une stérilité complète. Le système pourrait également propager un gène rendant une mauvaise herbe inoffensive sans la détruire, voire un gène empêchant l’allergénicité d’une plante. Les cibles visées sont des mauvaises herbes telles que l’Amaranthus palmeri, une espèce de sétaire qui est devenue un fléau dans les champs de soja génétiquement modifié traités avec des herbicides et qui peut provoquer des allergies chez l’homme. Selon les chercheurs, les agriculteurs pourraient planter chaque année une bande de mauvaises herbes génétiquement modifiées autour de leurs champs et ainsi réduire progressivement la population de mauvaises herbes à zéro.
Une autre solution consisterait à rétablir la sensibilité aux herbicides de la plante résistante, ce qui permettrait également de rétablir l’efficacité des anciens produits chimiques.
Cependant, il est discutable que le génie génétique soit la solution aux problèmes causés par le génie génétique, l’utilisation d’herbicides et les monocultures, notamment en raison de la multitude d’effets imprévisibles.
Les ciseaux génétiques rendent cela possible
Le procédé breveté Gene Drive (forçage génétique en anglais) repose sur les ciseaux génétiques CRISPR/Cas. Dans ce cas, ils désactivent les gènes naturels indispensables à la formation du pollen masculin et/ou des ovules féminins, et donc à la reproduction des plantes. L’équipe américaine appelle donc ce procédé « tueur de cellules germinales ».
Dans le cadre de ces études, un gène a également été introduit afin de garantir la survie exclusive des plantes génétiquement modifiées. À chaque nouvelle génération, la proportion de plantes génétiquement modifiées dans les populations testées a ainsi augmenté. Si des plantes ainsi modifiées étaient libérées dans la nature, elles pourraient propager le forçage génétique introduit dans l’environnement et ainsi modifier ou exterminer les populations naturelles.
Contraintes biologiques et techniques
Selon les chercheurs, les nouveaux résultats de recherche promettent un taux de transmission robuste de 88 à 99 % sur deux générations consécutives. Les allèles de résistance qui pourraient inhiber la propagation de la construction génétique dans les populations ne devraient guère se former. L’approche offre donc une base solide pour la modification génétique rapide ou la suppression des populations pollinisées par des insectes, selon les équipes de recherche. Cependant, de nombreuses restrictions empêchent cette méthode de fonctionner de manière fiable et de garantir l’efficacité nécessaire pour atteindre durablement l’objectif souhaité (par exemple, la suppression des mauvaises herbes).
C’est le cas, par exemple, de la remarquable diversité des cycles de vie dans le monde végétal. Les graines de nombreuses espèces végétales peuvent rester viables dans le sol pendant une longue période (dormance des graines). Les banques de graines ainsi créées peuvent influencer considérablement la propagation et le maintien d’un système de forçage génétique. Par exemple, on ne peut exclure que des graines ne contenant pas de forçage génétique survivent dans le sol. Agissant comme une sorte de tampon démographique, elles empêchent l’extinction ou la modification de la population et peuvent retarder, voire empêcher, l’effet de la technologie.
Une autre limitation biologique fondamentale concerne la pollinisation. En effet, les forçages génétiques ne fonctionnent que sur les plantes qui sont pollinisées par des insectes – ce qui n’est pas le cas de nombreuses mauvaises herbes nuisibles. C’est le cas, par exemple, de l’amarante retroflexe (Amaranthus retroflexus) ou de l’amarante hybride (Amaranthus hybridus). Ces deux espèces sont autogames, ce qui empêche la transmission du forçage génétique. Les espèces polyploïdes, qui possèdent plusieurs copies du génome, posent également des problèmes aux chercheurs, car elles nécessiteraient un mécanisme capable de modifier toutes les copies simultanément. Enfin, les plantes peuvent développer une résistance au système de forçage génétique inséré, comme elles le font contre les herbicides. Il serait donc naïf de considérer le forçage génétique comme une panacée durable pour lutter contre les mauvaises herbes. Préoccupations Le grand public est également très préoccupé par l’introduction de modifications génétiques dans les populations sauvages. De nombreuses organisations et autorités s’accordent à dire que l’utilisation du forçage génétique est très risquée. En effet, les conséquences écologiques de la dissémination de plantes génétiquement modifiées sont imprévisibles et incontrôlables.
Les gènes manipulés pourraient par exemple se propager à d’autres espèces au fil du temps. Étant donné que de nombreuses mauvaises herbes sont également des espèces fourragères importantes, comme par exemple le ray-grass (Lolium spp.), parfois dans la même exploitation, cela soulève des questions complexes sur le plan réglementaire, administratif et écologique. Une transmission incontrôlée de la construction génétique pourrait entraîner un déclin indésirable ou l’extinction d’espèces importantes pour l’agriculture. De plus, les plantes envahissantes ne sont nuisibles que dans leur nouvel habitat – dans leur région d’origine, elles constituent des éléments importants de la flore et jouent un rôle essentiel dans les écosystèmes locaux. Les plantes transportées avec des systèmes de forçage génétique pourraient détruire ces fonctions.
Les mutations et interactions qui surviennent accidentellement dans la nature peuvent également avoir des effets imprévisibles et irréversibles . Les dommages causés à la biodiversité peuvent être irréversibles. La modification ou la décimation rapide des populations sauvages soulève également des questions éthiques.
En fin de compte, les multiples stratégies de survie des plantes ne constituent pas seulement des obstacles techniques, mais représentent également un danger : le matériel de reproduction à forçage génétique stocké dans le sol provenant d’espèces disposant d’une banque de graines durable pourrait par exemple être facilement transporté lors du travail du sol par des machines agricoles.
Les publications actuelles abordent en partie ces risques. Les équipes de recherche impliquées estiment néanmoins que ces procédés fonctionnent et pourraient être utilisés. Testbiotech, l’institut indépendant d’évaluation des risques liés au génie génétique, demande en revanche l’interdiction de la dissémination d’organismes génétiquement modifiés visant à modifier les populations naturelles. Le Parlement européen estime que la technique du forçage génétique n’est pas compatible avec le principe de précaution de l’UE et a demandé en 2021 son interdiction afin de ne pas nuire davantage à la biodiversité. De même, le SAG a déjà demandé au Conseil fédéral en 2020 de s’engager en faveur d’un moratoire mondial. À juste titre, car si les plans de déréglementation du lobby industriel aboutissent, ces applications agressives des ciseaux génétiques pourraient également bénéficier d’un élan favorable et dépasser le stade de la preuve de concept pour devenir réalité. Cependant, cela ne profitera ni à l’agriculture ni à la nature.
1 ENSSER 2019 Gene Drives. A report on their science, applications, social aspects, ethics and regulations
2 Oberhofer G et al. 2024 Cleave an Rescue gamete killers create conditions for gene drive in plants. Nature Plants 10: 936–953
https://www.nature.com/articles/s41477-024–01701‑3
Macilwain C 2005 US launches probe into sales of unapproved transgenic corn. Nature 434 (7032):423–424.
https://www.nature.com/articles/nature03570
3 Liu Y et al. 2024 Overriding Mendelian inheritance in Arabidopsis with a CRISPR toxin-antidote gene drive that impairs pollen germination. Nature Plants 10: 910–922
