transgenese-vegetal.pdf

En recherche appliquée

En recherche fondamentale

Application de la transgénèse végétale

Principes de la transgénèse végétale

la transgénèse végétale

Biotechnologie

La biotechnologie végétale est un domaine précis dans lequel des techniques scientifiques servent à mettre au point de nouvelles variétés de plante.

La biotechnologie recouvre l'emploi de l'ADN recombinant, la fusion cellulaire et les nouveaux procédés biotechnologiques.

Ensemble de techniques biologiques, provenant de la recherche fondamentale, qui sont appliquées à la recherche et au développement de produits.

la transgénèse végétale 1

Objectifs de la biotechnologie végétale

La plupart des expériences de transgénèse végétale nécessite la culture in vitro

- Utilisations variables: bio production, multiplication

cellules, tissus, organes, plantes

* Produire de la biomasse

-introduire un nouveau caractère -supprimer un caractère préexistant

* Modifier le génotype d’une plante

la transgénèse végétale 2

La culture in vitro

Cette totipotentialité cellulaire s'accompagne d'une possibilité de multiplication indéfinie que l'on peut observer dans les zones de croissance de la plante : les méristèmes, cellules restant dans un état de dédifférenciation permanent.

Totipotence: aptitude de la cellule végétale à exprimer la totalité des potentialités du génome pour donner un organisme entier

Scleiden et Schwann: La théorie cellulaire: une cellule végétale différenciée peut devenir totipotente

Henri Duhamel du Monceau, des bourgeons apparaissent entre le bois et le cortex quand on enlève l’écorce

dédifférenciation de la cellule végétale différenciée

la transgénèse végétale 3

La culture in vitro : les explants

- une embryogenèse somatique

- une organogenèse

Enchaînement de mitoses donne - une callogenèse

- de tout type de tissus sans cellule méristématiques ( dédifférenciation-redifférenciation)

- d’explant avec cellule méristématique (non différenciée, juvénile)

Mise au point de la culture in vitro à partir :

la transgénèse végétale 4

(photosensible)

AIA

Le transport de l'auxine s'effectue de façon polarisée, de l'apex vers la base dans la tige.

La synthèse de l'auxine s'effectue dans les apex des tiges, dans les méristèmes et dans les jeunes feuilles des bourgeons terminaux.

Stimulation de l'élongation cellulaire, la division cellulaire et de l’organogenèse (rhyzogenèse).

tryptophane

dérivent d’un acide aminé: le tryptophane, exp: l’acide indole acétique

Les AUXINES

La culture in vitro : les régulateurs de croissance

la transgénèse végétale 5

Synthèse dans les racines puis migrent dans la plante via la sève brute

Stimule la division cellulaire (nom en relation avec cytokinèse ) et l’organogenèse (caulogenèse: bourgeon)

Dérivent d’une base de l’ADN: l’adénosine

LES CYTOKININES

la transgénèse végétale 6

Formation de cals

Auxines = Cytokinines

Cellules végétales + auxines + cytokinines

En concentrations égales->division de cellules indifférenciées, callogenèse

Rôle des auxines et des cytokinines dans la callogenèse

la transgénèse végétale 7

Auxines majoritaires

Auxine Æ formation de racines

Cytokinines majoritaires

Cytokinines Æ bourgeons

Le rapport auxines / cytokinines détermine le devenir des tissus en culture

Rôle des auxines et des cytokinines dans l’organogenèse

la transgénèse végétale 8

La transgénèse végétale

Viticulture, sylviculture Æ problèmes

La galle du collet (crown gall ou « cancer des plantes » )

Certaines bactéries infectent les cellules végétales et provoquent des tumeurs ou proliférations cellulaires chez les plantes infectées

la transgénèse végétale 9

Réponse trouvée par l’utilisation de la technique de culture in vitro

Comment la bactérie entraîne une multiplication incontrôlée des cellules végétales ?

Smith et Townsend montrent en 1907 que le crown-gall est causé par une bactérie Agrobacterium tumefaciens

la transgénèse végétale 10

Propriétés des cellules de la tumeurs

Prélèvement de cellules de la tumeurs et mise en culture in vitro en absence d’auxines et de cytokinines

Productions de cals

Braun montre en 1943 que les cellules de la tumeur peuvent se multiplier indéfiniment en absence de bactéries et en absence de substances de croissance (auxines, cytokinines ).

la transgénèse végétale 11

la transgénèse végétale 12

2) Croissance indépendante d’ajout d’hormones

Organisation du plasmide Ti (Tumor inducing)

Bordures, séquences consensus

A. Tumefaciens -> plasmide Ti

ADN circulaire extrachromosomique, autonomie de réplication, plusieurs exemplaires/Cel

Les agrobactéries hébergent de très grands plasmides nécessaires à la formation des tumeurs

la transgénèse végétale 13

Gènes de synthèse d’auxines et de cytokinines

-ADN-T contient des gènes qui permettent - de produire des auxines et des cytokinines d’où une augmentation anormale des quantités d’hormones - la synthèse et la sécrétion d’opines

- 1 ou 2 ADN-T (ADN Transféré)

Les plasmides Ti

la transgénèse végétale 14

Plasmide Ti à octopine

Les gènes nécessaires au transfert du T-DNA sont portés par la zone vir (virulence) des plasmides Ti

la transgénèse végétale 15

Il y aurait 195 ORF: - 20 gènes impliqués dans la conjugaison - 3 gènes de réplication - 7 gènes de modification du plasmide - 22 gènes de pathogenèse - 38 gènes assurant le transfert de l’ADN-T - 24 gènes impliqués dans le métabolisme des opines - 12 gènes assurant des fonctions diverses telles que le transport de ribose, le chimiotactisme… - 84 séquences non répertoriées

- réplication du plasmide (région ori) - de transfert conjugatif (région tar)

Gènes impliqués dans les fonctions de :

Dans le plasmide Ti, en dehors de la région de transfert et de la région vir

la transgénèse végétale 16

Les inducteurs des gènes de virulence

Induction par pH extracellulaire très bas (5 - 5,5) Æ inhibition de la croissance bactérienne donc favorise le transfert de l’ADN-T

Egalement induction par monosaccharides (arabinose, fucose, xyloseÆ constituants de la paroi …)

La transcription des gènes vir est induite par des composés phénoliques émis par les cellules blessées ex: acétosyringone

la transgénèse végétale 17

Induction des gènes vir

Fixation à la cellule végétale, récepteurs spécifiques à identifier Synthèse de filaments de cellulose

Chimiotactisme, déplacement de la bactérie via son flagelle

composés phénoliques, monosaccharides

Blessure

Reconnaissance cellules végétales - bactéries

la transgénèse végétale 18

autophosphorylation

Modèle d’activation des gènes de virulence

Souche hypervirulente = forte quantité de virG (quand croissance libre, peu de virG)

VirG, faible expression constitutive, interagit avec boites vir dans région promotrice des opérons (12pb conservées), autorégulation de virG

chvE nécessaire dans l’induction par les sucres monosaccharides

virA faible expression constitutive, chimiorécepteur membranaire et kinase

la transgénèse végétale 19

la transgénèse végétale 20

Vir D2

Vir D2

coupures

VIR D2

Vir D2

Vir D2

Vir D2

VIR D2

Vir D2

Ici coupure simple brin d’où intermédiaire ADN-T simple brin, on peut avoir des coupures double brin et un intermédiaire ADN-T double brin, dépend des souches

Modèle de synthèse de l’ADN-T

VirD2 et VirE2 contiennent un signal de localisation nucléaire (NLS)

cytosol

Cellule végétale

Membrane cellulaire

Agrobactérie

Modèle de synthèse de l’ADN-T

Transfert dans le cytoplasme de la cellule, apparenté à une conjugaison de type bactérien

la transgénèse végétale 21

= délétion de l’ADN génomique

Utilise la machinerie cellulaire

Recombinaison non homologue !

3’

3’

Modèle d’intégration de l’ADN-T dans l’ADN végétal

la transgénèse végétale 22

Des gènes du plasmide Ti de l’agrobactérie possèdent les éléments de régulation de la transcription par Pol II

Possibilité d’avoir plusieurs copies, nature des tissus, de la souche

Intégration aléatoire dans le génome, plutôt régions transcrites

la transgénèse végétale 23

la transgénèse végétale 24

ADN-T

BG

pNos

R gène de sélection

Structure d’un transgène

R

Système de transformation binaire

p35S

gène à exprimer

BD

La transformation génétique comme outil de biotechnologie

la transgénèse végétale 25

CYTOKININES>>AUXINES

Bourgeon

AUXINES = CYTOKININES

Agent de sélection Antibiotique kanamycine

Cal

BG BD

Racine

AUXINES>>CYTOKININES

Les étapes de la transformation génétique du tabac

la transgénèse végétale 26

Intégration aléatoire dans le génome

Transmission de l’ADN-T à la génération d’après

Cellules Disques foliaires

n o i t a m r fo s n tra

ou OGM ou PGM

Les étapes de la transformation génétique du tabac

la transgénèse végétale 27

Applications de la transgénèse végétale

-par complémentation ou par modification de leur expression (surexpression ou sous-expression (RNAi prochain cours) ) -Par étude de mutants ‘perte de fonction’, production de mutants d’insertion

3) Recherche de la fonction des gènes

2) Etude de l’adressage des protéines

1) Etude des promoteurs

Applications fondamentales

la transgénèse végétale 28

BLANC

BLEU

Le gène marqueur de la B-glucuronidase de E.coli (GUS)

1) Étude de l’activité d’un promoteur

la transgénèse végétale 29

Promoteur nervure spécifique

STOP

Promoteur méristème spécifique

ATG

5’ UTR Séq codante GUS UTR 3’

Promoteur actif lors de la division cellulaire

- Observations

Promoteur à étudier

1) Étude de l’activité d’un promoteur - Détails de la construction

la transgénèse végétale 30

Promoteur à étudier

- Détails de la construction

la transgénèse végétale 31

STOP

Promoteur racine spécifique

Fluorophore

Émission

PROTEINE GFP

Absorbtion

ATG

5’ UTR Séq codante GFP UTR 3’

Absorbtion à 395 nm

Marquage des noyaux avec une fusion NLS-GFP dans une plante transgénique

Émission à 508 nm

GFP; Green fluorescent protein (Aequora victoria), protéine avec chromophore

2) Etude de l’adressage des protéines

la transgénèse végétale 32

3) Production de banques de mutants d’Arabidopsis thaliana par insertions d’ADN de Transfert

la transgénèse végétale 33

(0,1 à 3%)

En général, obtention de mutants dits perte de fonction, mutation récessive

Plusieurs dizaines de milliers de transformants indépendants, donc d’insertions situées à différents emplacements dans le génome

3) Production de banque de mutants d’insertion d’ADN de transfert

la transgénèse végétale 34

la transgénèse végétale 35

BG

T-DNA

Gène X

BD

Gene X

transgénèse, insertion au hasard du T-DNA

BD

Localisation du T-DNA dans le gène X grâce à la connaissance de la séquence complète du génome

Gène X

AATCGTAGTACTAGAT CTGCAGACTTGAGTACAAGGGTGATGATGCGGACATTCTATCTGCTTA……...

Séquençage de la région flanquant une des bordures du T-DNA

Gene X

Exemple d’une insertion dans un gène

Production de banque de mutants par insertion d’ADN de transfert

la transgénèse végétale 36

LB: Left Border

FST : Flanking Sequence Tags

ADN génomique

Séquençage des régions flanquantes de l’ADN de transfert

la transgénèse végétale 37

acaaatttct ttattattaa ttgattaaaa aatagttaat ctttaaaatt aattaagaaa ttcctccctc atacagatta aatcggacgg AGGAGCTCGT AAGTAGCCAT tccgaatttt tttttgtttt TCTCGTAGAG AAGCTTACCG CGTGGTAAGA ACCAAATCTG ttcttctatt tgattcatag ggttcagcag tgtgcttacc GTGATGATGC ATATGACTAG aggcagatca tttcagGTCA GATTCAGCAA CTTCAAGGAT CTGAGTGACT TCGGAGATGA ACATCTATGC CCTGATGATA atcacaacct GAAGACACTT ATAGATGATA CAACCAAAGC tacgaaatct gctatgggtc TGAAGACTCG GGAGAATGCA CGTCATTAGT tgtatttctt cggaaaagtt agagaagaaa ttagtgcatc aaagggattt gcaaccaaag gacttcgata ttgcaggtga

acagaggatg atctttttta ttctaaacca actactcggt gttaggaccg ataaaaataa caaattatta cagagagcga tttagtgaaa TGGTCACTAT CAGCGAGGTC ctgaatttca gaacagTCCA AAAACAACAA GAGAATCTGT TTGGTCATAA ATTGGGTTAT catatatata ttagaatttg ctattttagg tccggaaatt GGACATTCTA TAGTGCAGGT aaaaagagct ACCAATCACG ATCATGGCCA CATTCAACCC ATATCGACCT TTTGGAAGCA AACAGCATTA GCAGTGATAC atatcgcttc CGAGCTCCAC TTCCATCATT AGCAGAGCAA gaatcaacat tgctttcagG ATCAAGATAC CAGTGGAACT TGGATCATTC agaatgtgtg tgaagttata aatgcagaaa gttttgtggt tacatgagac ttgcatttgc caaaatctca tatgtctata

atattcaatc attgttaaat tcataagtaa ttactacatg gtaaaaccat aaggaataaa gatataccaa gagagatcga ATGGAGGATC CTCCGTAACA AACATCTGTA tttgcaagta GTCAAAGTAC AGGGAATCGA TGAGGTCAAG AAGGGTTTTG CCACGAGTTC tatatatata agttatgcaa cttagcttac ttacagAGGA TCTGCTTATG TCTGTGgtga tgtgtctact TCAACGAAAT GCAGTTTAAT TCTCCTTGAG GCAACAGCAA TGTGATTGAA CAGTGATCAC TGAAACTGGA tatatctcac TGATAGTGTT GAACATTATT AGAAAAGgtt ttcatcaaaa TGATAAGTTC CTCCATCCAC ATCTCAAGAA TTGTTGGTTA tttttttttg ttttattagt atcatatata gtagtttata ccaaatatga aaggaaatga aacaatacat gaaaaacggg

cacggttcac tggtttaaat aaaataatat aaatttcata accaattaaa ttgtcttatt accagagaaa cggcgaagct AAGTTGGGTT AAATCGAAGG GCTACGATCC atcgatttag BG AAATCGAGAG CAGAGCAGGA GACCAGTGGG GTGTTCCTCG CACTACGACC tatgtggata attagaaact tctcaccaat CATATGTCAT CAATAGATCC gtctttctcc gatttgatgt TCAGGATCTT GAAAACTCTA TATGATTTTG GTTCCTTACT GAAAATTTTG CGGCCCAAAA TCAATGgtaa acgctgaatt GGTAGTTCAG GAGCCTTTGC taacactctc agatttagtc GCAGAAAAGC CAACACGGTG CATGATCATT Agaggtcaaa tttttttttc atgtaaagaa tgaattggaa taaataaagt gtaaagggtg aaaggtgtta cttcaactgt tgggaatgga

ccaaaccgat tttataaaat 61 ctgaactctg tttacttaca 121 gattaagact aataaatctt 181 ccatcaattg ttttaataat 241 ccggagatcc atattaattt 301 taaacgctga cttcactgtc 361 acaaatacat aatcggagaa 421 ctttacccgg aaaccattga 481 TGGGTTCCGT CCGAACGACG 541 AAACACTAGC CGCGACGTTG 601 TTGGAACTTG CGCTgtaagt 661 gtttttgatt ttagggtttt 721 BD ATGCTATGTG GTACTTCTTC 781 CAACGGTTTC TGGTAAATGG 841 GATTTTGTAG TGAGGGCTTT 901 ATGGAAGATA CCCTGACAAA 961 TCTTACCAGA ACATCAGgtt 1021 tatatatatg tggtttctgc 1081 atgtaatgta actctattta 1141 CTGCAGACTT GAGTACAAGG GTGATGATGC GGACATTCTA TCTGCTTA gttttatact gatgaactta 1201 CTGCAGACTT GAGTACAAGG 1261 CACTCCCGCT TTTGTCCCCA 1321 atatacactt agctttgagt 1381 tttcctaaac tgttgattcg 1441 ACAACACTTA CTCTGAGTAT 1501 ACATTATGCA GCAGCAACCA 1561 CAAATCACGG CGGTCAGTGG 1621 TGGCACCTTA TGAAAATGAG 1681 AGTTTTTGGT AGATGAAAGG 1741 AACCTGTGTC TGGGGTTTTG 1801 gcttttttta ctcatatata 1861 ttggctttta acagATTTTC 1921 ATGAACCGGG CCATACTCGT 1981 ACAATTATAA GGCACAAGAG 2041 actgagaaac atgactttga 2101 aaatgacctc taaattatga 2161 GAATGCGAGT GGAAAATGGC 2221 AAGCAGAGCT GGATTGTTTT 2281 GGTGTCTTGT TGTTCATCTC 2341 tcggattctt gctcaaaatt 2401 tttgctctgt tttctcgctc 2461 gagaaaaagg gggaaagaag 2521 aaaagtatat gtaataataa 2581 gatatatagt cttgtataag 2641 ttggctcaaa gattcattta 2701 acaatgtcac tgcgtaacat 2761 ggattatgat ggacttgggg 2821 aaatggctga a

T-DNA

localisation de l’insertion dans le génome

FST

gène X

Recherche d’homologie entre la séquence flanquant la bordure du T-DNA (FST) et le génome d’Arabidopsis

la transgénèse végétale 38

Salk_074723

BG

T-DNA BD

AT1G01010

Dr. Jonas Salk, developer of the polio vaccine, established the Salk Institute for Biological Studies more than 40 years ago.

AT1G01010

Recherche dans le gène At1g01010

Indentification d’un mutant d’insertion dans un gène d’intérêt

la transgénèse végétale 39

>SALK_074723.37.35.x ATATATATGAATAGAAGAAAACCTGATGTTCTGGTAAGAGGTCGTAGTGGAACTCGTGGATAAC CCAATCAGATTTGGTTTTGTCAGGGTATCTTCCATCGAGGAACACCAAAACCCTTTTATGACCA ATCTTACCACGAAAGCCCTCACTACAAAATCCCCACTGGTCCTTGACCTCAACAGATTCTCCGG TAAGCT

HITS At1g01010[Seq] [Transcriptome] [RiceGE] [GO] [NCBI] [NCBI Map] [TAIR] [MIPS] [MPSS] [AMPDB] [KEGG] TYPE Gene TITL no apical meristem (NAM) family protein similar to NAC domain protein NAM GB: AAD17313 GI:4325282 from [Arabidopsis thaliana]; go_function: transcription factor activity [goid 0003700]; go_process: development [goid 0007275] LOCN Intron COOR W/3760-3913,3996-4276,4486-4605,4706-5095,5174-5326,5439-5630

CLON SALK_074723.37.35.x[seq] [About & Citation] [analysis] [Order from ABRC] [Order from NASC] TYPE SALK T-DNA CHRO chr1 EVAL 1e-41 COOR C/4101-4298

la transgénèse végétale 40

The Arabidopsis Information Resource (TAIR)

la transgénèse végétale 41

la transgénèse végétale 42

la transgénèse végétale 43

1081 1141 1201 1261 1321 1381 1441 1501 1561 1621 1681 1741 1801 1861 1921 1981 2041 2101 2161 2221 2281 2341

tgattcatag ggttcagcag tgtgcttacc GTGATGATGC ATATGACTAG aggcagatca tttcagGTCA GATTCAGCAA CTTCAAGGAT CTGAGTGACT TCGGAGATGA ACATCTATGC CCTGATGATA atcacaacct GAAGACACTT ATAGATGATA CAACCAAAGC tacgaaatct gctatgggtc TGAAGACTCG GGAGAATGCA CGTCATTAGT

cacggttcac tggtttaaat aaaataatat aaatttcata accaattaaa ttgtcttatt accagagaaa cggcgaagct AAGTTGGGTT AAATCGAAGG GCTACGATCC atcgatttag AAATCGAGAG CAGAGCAGGA GACCAGTGGG GTGTTCCTCG CACTACGACC tatgtggata

ccaaaccgat tttataaaat ctgaactctg tttacttaca gattaagact aataaatctt ccatcaattg ttttaataat ccggagatcc atattaattt taaacgctga cttcactgtc acaaatacat aatcggagaa ctttacccgg aaaccattga TGGGTTCCGT CCGAACGACG AAACACTAGC CGCGACGTTG TTGGAACTTG CGCTgtaagt gtttttgatt ttagggtttt ATGCTATGTG GTACTTCTTC CAACGGTTTC TGGTAAATGG GATTTTGTAG TGAGGGCTTT ATGGAAGATA CCCTGACAAA TCTTACCAGA ACATCAGgtt tatatatatg tggtttctgc

ttagaatttg agttatgcaa attagaaact atgtaatgta actctattta ctattttagg cttagcttac tctcaccaat gttttatact gatgaactta T-DNAttacagAGGA CATATGTCAT CTGCAGACTT GAGTACAAGG tccggaaatt GGACATTCTA TCTGCTTATG CAATAGATCC CACTCCCGCT TTTGTCCCCA BG BD TAGTGCAGGT TCTGTGgtga gtctttctcc atatacactt agctttgagt aaaaagagct tgtgtctact gatttgatgt tttcctaaac tgttgattcg ACCAATCACG TCAACGAAAT TCAGGATCTT ACAACACTTA CTCTGAGTAT ATCATGGCCA GCAGTTTAAT GAAAACTCTA ACATTATGCA GCAGCAACCA CATTCAACCC TCTCCTTGAG TATGATTTTG CAAATCACGG CGGTCAGTGG ATATCGACCT GCAACAGCAA GTTCCTTACT TGGCACCTTA TGAAAATGAG TTTGGAAGCA TGTGATTGAA GAAAATTTTG AGTTTTTGGT AGATGAAAGG AACAGCATTA CAGTGATCAC CGGCCCAAAA AACCTGTGTC TGGGGTTTTG GCAGTGATAC TGAAACTGGA TCAATGgtaa gcttttttta ctcatatata atatcgcttc tatatctcac acgctgaatt ttggctttta acagATTTTC CGAGCTCCAC TGATAGTGTT GGTAGTTCAG ATGAACCGGG CCATACTCGT TTCCATCATT GAACATTATT GAGCCTTTGC ACAATTATAA GGCACAAGAG AGCAGAGCAA AGAAAAGgtt taacactctc actgagaaac atgactttga gaatcaacat ttcatcaaaa agatttagtc aaatgacctc taaattatga tgctttcagG TGATAAGTTC GCAGAAAAGC GAATGCGAGT GGAAAATGGC ATCAAGATAC CTCCATCCAC CAACACGGTG AAGCAGAGCT GGATTGTTTT CAGTGGAACT ATCTCAAGAA CATGATCATT GGTGTCTTGT TGTTCATCTC TGGATCATTC TTGTTGGTTA Agaggtcaaa tcggattctt gctcaaaatt

1 acaaatttct acagaggatg atattcaatc 61 ttattattaa atctttttta attgttaaat 121 ttgattaaaa ttctaaacca tcataagtaa 181 aatagttaat actactcggt ttactacatg 241 ctttaaaatt gttaggaccg gtaaaaccat 301 aattaagaaa ataaaaataa aaggaataaa 361 ttcctccctc caaattatta gatataccaa 421 atacagatta cagagagcga gagagatcga 481 aatcggacgg tttagtgaaa ATGGAGGATC 541 AGGAGCTCGT TGGTCACTAT CTCCGTAACA 601 AAGTAGCCAT CAGCGAGGTC AACATCTGTA 661 tccgaatttt ctgaatttca tttgcaagta 721 tttttgtttt gaacagTCCA GTCAAAGTAC 781 TCTCGTAGAG AAAACAACAA AGGGAATCGA 841 AAGCTTACCG GAGAATCTGT TGAGGTCAAG 901 CGTGGTAAGA TTGGTCATAA AAGGGTTTTG 961 ACCAAATCTG ATTGGGTTAT CCACGAGTTC 1021 ttcttctatt c atatatata tatatatata

autofécondation

Homozygotes

Hétérozygotes

Hétérozygotes Homozygotes

Sauvage

T3

Sauvage

T2

autofécondation

Réception de graines de T3 Æ Sélection des Homozygotes par PCR

Hétérozygote (0,1 à 3%)

Sauvage

T1 SELECTION

autofécondation

Fleurs de T0 infectées par l’agrobactérie

la transgénèse végétale 44

Exemple de mutant perte de fonction ici affecté dans la croissance

la transgénèse végétale 45

Le code génétique est universel, pas de barrière d’espèces

Introduction de caractéristiques nouvelles et production de molécules d’intérêt

Santé-pharmacie

Environnement

Industries

Agroalimentaire

Agriculture

Nombreux domaines d’application

la transgénèse végétale 46

Moins d’insecticides chimiques, maïs, tomate, pomme de terre, coton, laitue, peuplier,

-protoxine clivée dans l’intestin de l’insecte par protéase + pH alcalin -Toxine active qui se fixe à des sites de l’intestin -ulcération, perte d’appétit -Rupture des cellules, mort des larves

Par endotoxine (insecticide naturel) de Bacillus thuriengensis (Bt) contre larve de lépidoptère (Pyrale)

Résistance à la pyrale

Résistance aux herbicides, aux insectes et contre certains virus et bactéries

Agriculture

la transgénèse végétale 47

Riz doré (golden rice) carence en vitamine A (antioxydant), 400 millions de personnes (cécités, sensibilité accrue aux infections) Introduction de 4 gènes Æ synthèse de B-carotène (précurseur de la Vit A)

Introduction de caractères pour obtenir des avantages nutritionnels, gustatifs

Agroalimentaire

Résistance aux stress (chaleur, froid, sécheresse et salinité)

Agriculture

la transgénèse végétale 48

Tolérance aux herbicides (Afrique du Sud, Argentine, Canada, Etats-Unis d'Amérique, Union européenne (pour la transformation seulement)

Tolérance aux herbicides (Canada, Etats-Unis d'Amérique, Australie)

Soja

Colza

Pomme de Terre Résistance aux insectes / tolérance aux herbicides (Canada, Etats-Unis)

Courge Résistance aux virus Etats-Unis d'Amérique

Chicorée Tolérance aux herbicides Union européenne

Résistance aux insectes, Tolérance aux herbicides (Afrique du Sud, Argentine, Canada, Etats-Unis d'Amérique, Union européenne, Argentine, Canada, EtatsUnis d'Amérique, Union européenne)

Maïs

Culture Caractéristique Territoires/pays où elle est homologuée

Quels aliments transgéniques trouve-t-on sur le marché international ?

la transgénèse végétale 49

la transgénèse végétale 49 bis

Coton génétiquement modifiées pour obtenir des vêtements en fibres naturelles moins froissables ou des cotons colorés qui éviteront l'utilisation de teintures nécessitant de nombreux contrôles et des systèmes d'épuration des eaux usées des teintureries lourds et coûteux à mettre en place.

Industrie papetière, papier à partir de cellulose du bois, Présence de lignine, imperméable et inextensible Æ très coûteux à éliminer et source de pollution (utilisation de chlore et consomme une très grande quantité d'eau) Diminution du taux de lignine par transgénèse

Industries

la transgénèse végétale 50

Actuellement les huiles représentent seulement 43 % de la masse des graines de colza. Des recherches sont menées pour accroître ce rendement. Le gène qui code l'enzyme intervenant dans la dernière synthèse de l'huile a été isolé. Des copies supplémentaires de ce gène ont été introduites dans du colza. Certaines graines ont ainsi produit une quantité d'huile correspondant à plus de 75 % de leur masse.

De nouvelles variétés de colza ont été obtenues par transgénèse pour diminuer la viscosité et augmenter l'indice d'octane du diester.

Huile de Colza

Biocarburants

Industries

la transgénèse végétale 51

Plantes non porteuses des agents pathogènes couramment associés aux infections humaines (virus, bactéries)

Ces modifications possibles chez les plantes, difficiles voir impossible chez les bactéries ou levures

Les protéines humaines subissent des modifications post traductionnelles (glycosylation, carboxylation, lipidation) nécessaire à leur activité biologique

Machinerie cellulaire complexe et sophistiquée

Plante alternative intéressante comparée aux microorganismes ou aux cellules des mammifères

Avantage des cellules végétales

Production de vaccins, d’anticorps, de protéines (hémoglobine…)

Santé-pharmacie

la transgénèse végétale 52

Biomasse la moins onéreuse à produire à ce jour par unité de volume

Leur production à grande échelle ou en conditions contrôlées fait partie du patrimoine culturel de toutes les nations

Les plantes peuvent être propagées à l’infini

-Si protéine recombinante administrée par voie orale, consommation directe de la plante possible

- Facilite l’extraction et la purification

- Stockage stable des protéines recombinées dans des endroits stratégiques de la plante (tubercule, feuilles, graines, fruits…)

Leur contenu cellulaire, hormis la protéine recombinante, connu de l’homme par son utilisation dans l’alimentation, en cosmétique et en pharmacie.

Avantage des cellules végétales

la transgénèse végétale 53

Lactoferrine Humaine: protéine multifonctionnelle du lait à activités antibactérienne, anti-fongique et anti-virale. (attente d’autorisation de mise sur le marché)

Hémoglobine humaine produite à partir de tabac transgénique l'hémoglobine (des biologistes français ont déposé une demande de brevet)

Molécules plasmatiques, albumine humaine (HSA) Remplacement d'éléments sanguins (sang "artificiel"), coût de production 5 fois moins élevé que si albumine purifiée à partir du plasma, pas de contaminations

Exemples de molécules obtenues

Santé-pharmacie

la transgénèse végétale 54

Rage: glycoprotéine du virus produit par la tomate

Choléra, production de la sous unité de la toxine dans la pomme de terre

- Vaccins dit « comestibles »

Production de vaccins

Hirudine, puissant inhibiteur de la thrombine utilisée comme anticoagulant, source naturelle la sangsue, production dans graines de colza transgénique,

Collagène, phase de développement, soigner l'arthrose et aider à la réparation des tissus en cas de chirurgie ou traumatismes

Exemples de molécules obtenues

Santé-pharmacie

la transgénèse végétale 55

Une autre solution ? Æ la production chez les plantes

Il faut aussi des œufs exempts de virus

pour fabriquer 1,2 milliard de doses, il est nécessaire de disposer de... 4 milliards d’oeufs embryonnés et d’au moins six mois au minimum.

Vaccin basé sur l’inoculation du virus de la grippe humaine dans des œufs fertilisés ou embryonnés, puis purification du virus et inactivation

La prochaine pandémie (épidémie planétaire) pourrait être d’origine aviaire (si virus de la grippe aviaire H5N1 muté très contagieux pour l’homme)

Production de vaccins

Exemples de molécules obtenues

Santé-pharmacie

la transgénèse végétale 56

Expression transitoire pour production à grande échelle en utilisant des agrobactéries infiltrées dans les feuilles de tabac

Production de ("VLP") Virus-Like Particle dans des plants de tabac pour faire un vaccin contre le virus H5N1

la transgénèse végétale 57