Introduction à la Biotechnologie

Informations générales
  1. Introduction
    La Convention sur la diversité biologique (CDB) définit la biotechnologie comme étant « toute technologique appliquée aux organismes vivants afin de les rendre plus utiles à l’homme » (CBD, 2008). La biotechnologie moderne englobe des technologies telles que la culture des tissus, la génomique, la sélection assistée par marqueurs, les diagnostiques et le génie génétique. Elle est souvent utilisée comme un outil complémentaire à la sélection conventionnelle des plantes en vue d’obtenir de meilleurs cultivars. Vous trouverez ci-dessous, la définition de certains termes biotechnologiques. Pour plus de définitions, veuillez cliquer sur le lien « Glossaire ».
    Plusieurs termes sont utilisés pour décrire les cultures qui ont été conçues grâce à la biotechnologie. Ce sont entre autres : génétiquement modifié (GM) ; organisme génétiquement modifié (OGM) ; organisme vivant modifié (OVM) et transgénique. Sur ce site web, nous utiliserons plus souvent le terme « cultures génétiquement modifiées » ou « cultures GM ». Voir le glossaire en anglaisGlossary.
  2. Terminologie

    La sélection conventionnelle
    La sélection conventionnelle implique le “croisement sexuel” de plantes apparentées en vue de combiner des caractères favorables chez les deux parents pour produire une nouvelle et meilleure variété de plante. Les plantes issues de ces croissements ont une combinaison des gènes des deux parents et peut contenir tant les caractères favorables que les défavorables. Les sélectionneurs font le tri parmi la descendance afin de garder les plantes qui présentent le plus grand nombre de caractères favorables et le plus petit nombre de caractères non désirés. Plusieurs types de croisements et de sélections sont alternés durant plusieurs générations afin d’obtenir la meilleure combinaison de gènes et de caractères. Dans certains cas, des technologies supplémentaires peuvent être utilisées afin d’introduire des caractères positifs supplémentaires. Par exemple, si les deux parents ne sont pas très apparentés (i.e. l’un des parents est peut être une espèce parente sauvage ou exotique de la culture), des techniques telles que le sauvetage d’embryon pourraient être nécessaires pour obtenir une descendance de ces deux parents. Une autre méthode utilisée pour développer de nouvelles variétés en utilisant la sélection conventionnelle est l’irradiation et le traitement chimique en vue de provoquer un changement dans les propriétés génétiques de la plante au travers un processus connu sous le nom de mutation.

    Gène
    Un gène est une unité de base de caractères héréditaires. Il est constitué d’une séquence d’ADN qui occupe une position spécifique dans le génome d’un organisme et qui code une caractéristique/caractère spécifique.

    Le génie génétique (GG)
    Le génie génétique (GG) est utilisé pour produire des plantes transgéniques ayant des caractères introduits en utilisant les techniques de l’ADN recombinant. Le génie génétique permet de transférer d’un organisme à un autre, un/des gène(s) spécifique(s) responsable(s) des caractères cibles.

    Génome
    Le génome est l’ensemble des gènes présents dans un organisme.

    la génomique
    La génomique est l’étude des gènes et de leurs fonctions ; elle est utilisée pour décrire le bagage génétique (toute l’information héréditaire) d’un organisme et pour comprendre comment les systèmes moléculaires interagissent entre eux pour permettre l’expression d’un caractère.

    La sélection assistée par marqueurs
    La sélection assistée par marqueurs est utilisée pour suivre des gènes spécifiques afin d’accélérer la sélection durant la sélection conventionnelle. Elle est utilisée pour identifier des régions chromosomiques ou des gènes responsables de certains caractères spécifiques. Des séquences d’ADN identifiées et connues sous le nom de marqueurs moléculaires ont été utilisées afin d’élaborer une carte génétique très détaillée et très précise de plusieurs espèces de cultures. Elles sont également utilisées afin d’analyser la transmission de certains caractères complexes tels que la productivité et la résistance aux stress chez les plantes. Les marqueurs moléculaires sont utilisés comme outil d’appui à la sélection conventionnelle, en vue de développer de meilleures variétés de cultures.

    ADN Recombinant
    L’ADN recombinant se réfère à un ADN formé en joignant (recombinant) des matériels génétiques de sources différentes.

    La culture de tissus
    La culture de tissu est un ensemble de techniques permettant la production de nouvelles plantes à partir de parties de plantes. Ces techniques favorisent une multiplication végétale rapide et à grande échelle. Elles sont souvent utilisées pour les plantes obtenues par propagation végétative et celles à longue durée de génération ou pour produire des matériels de plantation sains. Elles peuvent être également utilisées comme outil de sélection conventionnelle afin de favoriser le croisement entre des parents éloignés en enlevant et en cultivant l’embryon en développement. De plus, la culture de tissu est utilisée en relation avec l’introduction de gène par le génie génétique en vue de produire des plantes ayant de nouveau(x) caractère(s).

  3. The advent of GM organisms and their regulation

    Several discoveries were the vital precursors for the emergence of the field of genetic engineering in the 20th century; 1)The landmark discovery of DNA as the genetic material in 1943 by Oswald Avery and coworkers (Avery et. Al., 1944); 2) the discovery of the structure of DNA and its hereditary implications by Watson and Crick in 1953 (Watson and Crick, 1953a; 1953b); 3) the laboratory synthesis of DNA by using DNA polymerase which was isolated by Arthur Kornberg in 1956 (Kornberg, 1960); and 4) the report on the semi-conservative nature of DNA replication by Meselson and Stahl in 1958 (Meselson and Stahl, 1958). These discoveries were followed by the isolation of restriction enzymes by the research groups of Mathew Meselson and Hamilton Smith towards the end of 1960s (Meselson and Yuan, 1968; Smith and Wilcox, 1970) and the use of these enzymes for specific cleavage of DNA at specific sites by Daniel Nathans in 1971 (Danna and Nathans, 1971). Janet Mertz and Ronald Davis developed the techniques for joining cohesive ends of DNA fragments cut by restriction enzymes (Mertz and Davis, 1972) and Paul Berg and co-workers were the first to successfully introduce‘new information into DNA’ of a virus in 1972 (Jackson et al., 1972). All these advancements culminated in the production of the first genetically modified bacteria by Stanley Cohen, Herbert Boyer and co-workers in 1973 (Cohen, 1973).The first transgenic plant cell was reported in 1983 (Fraley et al., 1983) and the first commercial GM crop, a tomato modified to extend its shelf life, was approved in 1994. Genetically modified crops have been cultivated since 1996.

    The year 1973 marks both the first report of a GM organism and a call by scientists for guidelines to oversee work involving ‘DNA hybrid molecules’ (Singer and Dieter, 1973). In 1974, prominent scientists in the USA working on recombinant DNA (rDNA) made pronouncements for a voluntary moratorium on certain types of experiments involving rDNA and requested the US National Institute of Health to establish an advisory committee to oversee the evaluation of potential hazards of rDNA molecules and develop procedures to minimize hazards (Berg et al., 1974).The scientists also called for an international conference to deliberate on ways to mitigate the potential hazards of generating rDNA molecules (Berg et al., 1974). The famous Asilomar Conference on rDNA molecules was held in 1975 and made important recommendations in order to match evel of containment with the potential level of hazards posed by different types of rDNA molecules, setting off an era of formal regulation of work involving GM organisms (Berg et al., 1975). These regulations were meant to direct the safe production of GM plants in the laboratory, while another set of protocols were developed for the safe testing of GM plants outside the the laboratory

    These are described below.

  4. Comparaison entre le génie génétique et la sélection conventionnelle
    Depuis le début de l’agriculture, les hommes ont toujours amélioré le rendement et autres caractéristiques des cultures. Dans la sélection conventionnelle, tous les gènes provenant des deux parents (y compris les caractères favorables (ex. résistance aux maladies) et les défavorables (ex. mauvais rendement)) sont combinés pour essayer d’obtenir une meilleure combinaison des caractères désirés. Par contre, dans le génie génétique, un gène spécifique est sélectionné et inséré directement dans les cellules de l’espèce cible de la culture. La plante GM qui en résulte est ensuite croisée en utilisant les techniques conventionnelles pour obtenir la variété définitive.
    Les techniques du génie génétique constituent une méthode de transfert de gènes entre des espèces dont le croisement ne serait pas naturellement possible. Ainsi le génie génétique permet aux sélectionneurs d’utiliser des gènes d’espèces végétales non apparentées et parfois des gènes d’autres organismes pour développer de nouvelles variétés de plante. Ceci implique que les sélectionneurs ont maintenant à leur disposition une gamme plus variée de ressources génétiques pour développer de nouvelles variétés de plante. Par exemple, un gène responsable de la résistance contre le champignon causant des maladies chez le riz, peut être transféré dans une banane vulnérable à cette maladie. L’objectif de ce transfert est de protéger la banane GM contre cette maladie et par conséquent réduire les pertes de récolte et/ou le nombre d’application de fongicides.
  5. Evaluation de la sécurité des cultures GM
    Avant qu’une culture génétiquement modifiée ne soit disséminée, elle fait l’objet d’une évaluation intensive durant plusieurs années en vue d’évaluer sa performance dans des conditions et environnements de croissance différents comme c’est le cas pour les variétés créées en utilisant la méthode conventionnelle. Des testes supplémentaires sont faits sur les cultures GM afin de veiller à ce qu’elles remplissent les critères de sécurité. Pour plus d’informations relatives à la description de l’évaluation de la sécurité des cultures GM, veuillez cliquer sur les liens « Evaluation de la sécurité environnementale » et « Evaluation de la sécurité alimentaire ». Les évaluations de la performance et de la sécurité sanitaire des cultures GM se déroulent en laboratoire, dans des serres/abris et des essais au champ en milieu confiné. La première dissémination se fait dans les essais au champ à petite échelle tout en prenant soin d’isoler les plantes GM de l’environnement dans son ensemble (évaluation au champ en milieu confiné). Les évaluations initiales de la performance et de la sécurité sanitaire sont entreprises à ce niveau. Si les données recueillies lors de ces évaluations prouvent que la culture s’est bien comportée et ne posent aucune menace à l’environnement, la culture est ensuite évaluée dans des emplacements différents afin de déterminer sa performance agronomique dans des conditions diverses et pour faire des évaluations supplémentaires de la sécurité alimentaire et environnementale. Après la commercialisation, certains pays exigent qu’il y ait des contrôles continus de la culture GM durant une période donnée.
  6. Aperçu des cultures GM – Service international pour l’acquisition des applications agro-biotechnologiques (Anglais) – International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA)
Réferences

Avery, O.T., MacLeod, C.M. and McCarty, M. 1944. Studies on the chemical nature of the substanceinducing transformation of pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. The journal of Experimental Medicine 79: 137 – 159.

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Animations
Liens
Liens utiles

  1. Introduction to biotechnology – Agricultural Biotechnology Network in Africa (ABNETA)
  2. Overview of genetically engineered and GM Crops – International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA)
  3. Crop Biotechnology overview – Food and Agriculture Organization (FAO)