UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI Facult des sciences et techniques

UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAADI Faculté des sciences et techniques Tanger 1 Transgénèse végétale et quelques applications Année universitaire: 2009 -2010

Plan § Définition. § Transgénèse végétale. § Principe. § Méthodes de transfert de l’ADN. § Schéma général de création d’une plante 2 transgénique. § Exemples d’applications de la transgénèse végétale. § les OGM § Conclusion et perspectives.

Définition : 3 * La transgénèse est le fait d'introduire un ou plusieurs gènes dans un organisme vivant, ce transgène pourra être exprimé dans l'organisme transformé. * Stratégie servant initialement aux chercheurs pour étudier la fonction des gènes. Elle est entre autres la nouvelle stratégie d’obtention de variétés végétales ou animales résistantes au stress biotique (parasites, insectes) ou abiotique (sécheresse, faible luminosité). Ces nouvelles variétés sont généralement regroupées sous le terme d'organismes génétiquement modifiés (OGM).

Un transgène : gène ou séquence isolée d'un gène, transférée d'un organisme à un autre, lors de la mise en œuvre de la transgénèse. Souvent, mais pas toujours, le transgène provient d'une espèce différente de celle du receveur. OGM : Un organisme génétiquement modifié est un organisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l'homme. 4

Transgénèse végétale 5 Chez les végétaux, plusieurs techniques de transgénèse ont été développées. La possibilité de régénérer une plante entière à partir de quelques cellules végétales est d'un grand intérêt lors de ces transgénèses. Les transformations génétiques d'organismes unicellulaires ou de virus sont relativement simples à aborder. Elles font appel à des techniques nettement plus complexes pour les animaux et végétaux.

Principe de la transgénèse 6 La transgénèse Consiste à insérer le gène d’intérêt dans une construction génétique contenant également un gène marqueur permettant ainsi d’introduire dans les plantes de nouveaux gènes « construits » à volonté. Une fois intégrés dans le génome de la plante, les transgènes sont transmis à la descendance au même titre que tous les autres gènes.

Méthodes de transfert de l’ADN: 7 Direct Biologique ou indirect éléctroporation lipotransfection microinjection Biolistique par une bactérie du soll

8 Méthodes directes de transfert de l’ADN

Eléctroporation: 9 Technique efficace et une des plus simples à mettre en œuvre. PRINCIPE: Elle consiste à soumettre un mélange de protoplastes et d'ADN à une série de chocs électriques de courte durée et de tension élevée. Le champ électrique provoque la déstabilisation de la membrane plasmique du protoplaste et conduit à l’ouverture des pores membranaires, facilitant ainsi le passage de l’ADN par le noyau.

Schéma montrant les étapes de l’éléctroporation 10

Microinjection: 11 . PRINCIPE: Technique consiste à introduire directement le gène étranger dans la cellule à modifier, à l’aide d’un micromanipulateur monté avec un microscope. On introduit le gène accompagné de son complexe promoteur-terminateur dans le noyau, à l’aide d’une micropipette dans le protoplaste à transformer qu’on avec une micro-aiguille. Après injection le protoplaste est libéré et mis en culture sur un milieu approprié pour régénérer une PGM.

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Lipotransfection: 13 Principe: « emprisonner » le gène d’intérêt dans un liposome (structure sphérique constituée de lipides)ceux-ci en réalisant la fusion avec les protoplastes, ils libèrent ainsi leur contenu(gène d’intérêt) dans le cytoplasme du protoplaste. les 3 techniques cité précédemment sont utilisées pour la transformation des protoplaste.

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Biolistique: 15 Principe: Projeter sur le tissu à transformer de toutes petites billes d'or ou de tungstène enrobés d'ADN. Ces billes projetées ont suffisamment d'énergie cinétique pour traverser la paroi et la membrane des cellules sans leur infliger de dommages irréparables. Elle est utilisée pour la transformation des cellules végétales.

La technique consiste à utiliser un canon à particules 16

Avantages et inconvénients Eléctroporation Microinjection Lipotransfection Biolistique 17 (- )Si le choc électrique a été trop violent, le phénomène réversible devient irréversible et la membrane ne reprend pas ensuite son état initial. (+) a permis de transformer pour la 1ére fois des Plantes monocotyl comme l’orge et le mais. (-)complexe et très difficile à réaliser. (pour réussir l’opération, il faut injecter mille copies du gène dans l’espoir qu’une cellule puisse accepter cet ADN étranger). (+) Toute séquence d’ADN quelque soit sa taille peut théoriquement être injectée: de quelques Kb à (-)une minorité de (-)nécessite ces gènes pourront beaucoup d’ parvenir jusqu’au ADN/bille (mais on noyau et s’intégrer peut mélanger au génome de la l’ADN) cellule. Méthode peu (+) Cette méthode utilisé. coûteux est très utilisée pour les (+) monocotylédones mais très efficace (ex : le maïs). (+) pour les plante qui ne peuvent pas régénérer a partir des protoplaste.

18 Méthode indirecte de transfert de l’ADN

Transfert biologique ou indirecte par une bactérie du sol 19 La bactérie du sol la plus utilisée est Agrobacterium tumefaciens. C’est une bactérie en forme de bâtonnet, de la famille des Rhizobium, qui se développe dans le sol. Elle est attirée par des composés phénoliques dégagés par les plantes dicotylédones lorsqu'elles sont blessées

L'infection d’une plante par Agrobacterium induit le développement d'une galle 20 Au niveau de cette blessure, Agrobacterium est capable de se fixer sur les cellules du végétal. A la suite de ce contact, ces cellules végétales se multiplient de manière importante, donnant naissance à une formation tumorale. appeler la galle du collet (crown gall).

21 Agrobacterium tumefaciens est donc capable d'induire, chez une plante dicotylédone, la formation d'une galle lui fournissant un substrat. Depuis 1974, on sait que cette induction est due au transfert d'un petit ADN plasmidique depuis la bactérie jusque au génome des cellules de la plante.

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23 La réalisation d'un vecteur de transgenèse par Agrobacterium tumefaciens implique donc de remplacer l'ADN-T, qui sera transféré, par le gène que l'on souhaite introduire dans le végétal. Il existe de nombreuses stratégies dans ce but. Les méthodes les plus complexes permettent désormais d'obtenir des plantes où le transgène se limite au seul gène d'intérêt, sans aucune séquence supplémentaire. Le vecteur le plus simple à obtenir est un vecteur où l'ADN-T a été remplacé par un ADN comportant en particulier le gène d'intérêt (GI) accompagné d'un gène de sélection (GS) :

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25 VIDÉO Vidéo illustrant la Méthode indirecte de transfert de l’ADN

Schéma général de création d’une plante transgénique. 26 § Repérer un caractère ou une protéine intéressante § Identifier et isoler le gène d’intérêt § Réaliser la construction génique (P+GI+GS+T) § Multiplication de cette construction § Introduction de la construction génique § Sélection des cellules végétales exprimant le gène ajouté § Régénération de plantes entières

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Exemples d’applications de la transgénèse végétale. 28 § § L’obtention du maïs transgénique résistant à la pyrale. L'obtention de tabac transgénique

Obtention du maïs transgénique résistant à la pyrale. 29

Bacillus thuringiensis 30 Bacillus thuringiensis a été isolé en 1901à partir de vers à soie qu'il peut infecter et tuer. Abrégé en Bt, est un bacille Gram positif, aérobie et sporulé, on le retrouve dans pratiquement tous les sols, l'eau, l'air et le feuillage des végétaux. Naturellement résistante aux insectes foreurs et utilisée pour cela en agriculture biologique.

Bacillus thuringiensis produit des protéines particulières qui, dès qu’elle sont ingérées et libérées dans l’intestin de l’insecte, provoquent sa mort. Ce sont les gènes codant pour ces toxines qui ont été insérés dans le maïs dit « Bt » . De cette façon, les rendements sont préservés, souvent augmentés, tout en réduisant l’apport global de produits insecticides. 31

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L'obtention de tabac transgénique. 33

Comment, expérimentalement, transférer et permettre l'expression d'un gène étranger dans une plante entière ? Il existe trois étapes: • Réalisation d’un gène artificiel. • Incubation de la bactérie modifiée avec les fragments découpés de feuille de tabac. • Culture de cals sur des milieux appropriés. 34

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OGM végétaux 36 le gène codant pour la luciférase insérer dans le génome d’un plant de tabac. L'utilisation de la luciférase est répandue en génie génétique comme gène marqueur. ü Bioluminescence "artificielle" induite par génie génétique sur un plant de Tabac.

OGM végétaux: 37 A l'heure actuelle, on peut considérer que la plupart des plantes de grande culture sont accessibles à la transformation génétique. Les principales plantes cultivées : maïs, riz, coton, blé , colza, betterave, pomme de terre, soja, œillets, chicorée, tabac, lin, tournesol ont des versions génétiquement modifiées. On trouve aussi des tomates, fraises, bananes chou, chou-fleur, etc. Il y’a aussi un autre domaine qui profite des biens de la transgénèse végétale comme la médecine: production des hormones via les végétaux, des plants de tabac produisent de l'hémoglobine humaine vaccin alimentaires qui sont en cours d’essais.

L’environnement: L’agronomie: *La résistance à des insectes *La résistance à des herbicides *L’enrichissement du patrimoine végétal *Les herbicides au profil éco -toxicologique favorable Les applications de la transgénèse L’alimentation: *La maturation des fruits *La transformation agro-alimentaire * Les qualités nutritionlles. L’industrie: La santé: *Les huiles industrielles *Les vaccins 38 *Les pates à papier *Les protéines humaines

Les risques de la transgénèse 39

v Les effets non désirés : Les Plantes Génétiquement Modifiées (PGM) en vue de leur donner une résistance naturelle à un insecte peuvent affecter des insectes non visés par la modification de la plante. C'est le cas par exemple pour les abeilles et le monarque qui, bien que non indésirables, sont éliminés par certaines PGM. 40

41 Les intoxications: Les insecticides fabriquées par les plantes transgéniques peuvent être toxiques pour le foie, les reins, le cerveau. De même les aliments fabriqués à partir des végétaux qui tolèrent les herbicides peuvent devenir toxiques en raison de leur forte teneur en poisons. Les allergies: Tout OGM est potentiellement allergisant car il n'est pas reconnu par l'organisme qui le reçoit, que ce soit par voie digestive ou par voie aérienne.

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Conclusion Il existe donc diverses méthodes de fabrication d’un OGM, basées sur des principes différents. Mais la transgénèse est une technique encore toute jeune et de nombreuses questions restent en suspens. On constate qu'elle présente de nombreux avantages mais également des risques non négligeables et d'autre mal voire même inconnus. A tel point que les scientifiques ne sont pas tous en accord en ce qui concerne l'évaluation des OGM avant leur mise en circulation et consommation. 43

Perspectives 44 Mieux contrôler et maîtriser nos productions transgéniques. Ø Profiter des bons aspects de la transgénèse notamment pour la médecine. Ø Mieux informer le public sur les risques et les perspectives de la transgénèse. Ø

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Merci Pour Votre Aimable Attention szszzzzz ……. . 46