La technologie accélérée ou l’espoir d’une nouvelle révolution verte

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Grâce aux progrès accomplis par la technique connue sous le nom de sélection accélérée, les chercheurs mettent au point des cultures qui produisent une nourriture plus abondante et plus saine et qui peuvent s’adapter et pousser malgré les changements climatiques.

En Zambie, en cette saison des plantations, une variété de maïs va être introduite dans les champs afin de lancer un processus d’augmentation rapide de la vitamine A, jusqu’à multiplier cette dernière par 10. Ce processus va permettre de lutter contre une déficience nutritionnelle qui rend chaque année entre 250 000 et 500 000 enfants aveugles, majoritairement en Afrique et en Asie. En Chine, au Kenya et à Madagascar, là aussi en cette saison des plantations, les agriculteurs vont utiliser une variété d’Artemisia annua qui produit 20 à 30 % de plus d’un composé chimique appelé artémisinine qui constitue à l’heure actuelle la base du traitement classique utilisé à travers le monde contre le paludisme.

On doit ces améliorations à la sélection accélérée, une technologie qui pourrait déclencher une nouvelle révolution verte au XXIe siècle. Elle permet d’ores et déjà de mettre davantage de nourriture dans les assiettes, mais on ne sait pas encore si elle permettra une production suffisante pour suivre le rythme de la croissance démographique mondiale qui devrait porter le nombre d’individus à 9 milliards en 2050.

La sélection accélérée constitue en outre un remarquable outil dont les agronomes peuvent se servir pour adapter rapidement les cultures au changement climatique et aux phénomènes de plus en plus nombreux que sont la sécheresse, les inondations, les maladies émergentes et le déplacement des zones agricoles. Elle permet également de sauver des vies : aujourd’hui, en l’absence de prévention, la moitié des victimes de carence en vitamine A meurent peu de temps après être devenues aveugles, selon l’Organisation mondiale de la Santé, et en 2010, le manque de traitement adéquat, c’est-à-dire d’artémisinine, a contribué à la mort de 655 000 enfants du paludisme.

Cette technologie accélérée, baptisée sélection assistée par marqueurs (SAM) ou sélection moléculaire, tire profit des rapides progrès du séquençage génétique mais évite les problèmes réglementaires et politiques liés au génie génétique. Selon Bill Freese, analyste en politique scientifique au Center for Food Safety, un groupe de défense à but non lucratif, il s’agit « d’un outil parfaitement acceptable. Je ne vois pas où serait le problème en matière de sécurité alimentaire. Cela peut être une technique très utile pour peu qu’elle soit exploitée par des spécialistes de la reproduction qui œuvrent pour l’intérêt général ».

La sélection moléculaire ne relève pas du génie génétique, qui suscite de vives critiques pour deux raisons : d’une part, ses méthodes paraissent pour le moins étranges puisqu’il peut s’agir de prendre des gènes d’araignées et de les introduire chez des chèvres ou d’emprunter la résistance d’un insecte aux bactéries du sol et de la transférer à du maïs, et d’autre part, il semble ne bénéficier qu’à une poignée de géants de l’agroalimentaire armés de brevets, aux dépens de l’intérêt général.

La sélection moléculaire, en revanche, n’est qu’une façon bien plus rapide et efficiente de faire ce à quoi la nature et les agriculteurs ont toujours procédé au moyen, respectivement, de la sélection naturelle et artificielle : prendre des gènes qui se révèlent favorables dans une situation donnée et augmenter leur fréquence au sein d’une population.

Par le passé, agriculteurs et éleveurs parcouraient leurs champs et cherchaient les plantes ou les animaux qui semblaient présenter des caractères intéressants, comme une plus grande productivité ou une résistance à une maladie précise. Puis, ils procédaient à des croisements pour voir s’ils pouvaient identifier ce caractère et faire en sorte qu’il soit à coup sûr présent au sein des générations suivantes. Cela pouvait prendre des dizaines d’années et lorsqu’ils parvenaient à reproduire un caractère, c’était souvent au prix de la reproduction d’un autre, nuisible celui-là, ou de l’élimination par inadvertance d’un caractère au contraire indispensable.

La sélection moléculaire permet en revanche de procéder aux améliorations voulues de façon beaucoup plus précise en ciblant les gènes responsables d’un caractère donné. Si le génie génétique est un outil de « contrainte du génome », pour reprendre les termes de Susan McCouch, chercheuse à la Cornell University, la sélection moléculaire, elle, « ouvre une fenêtre » sur la façon dont le génome fonctionne, ce qui permet aux chercheurs de collaborer avec lui.

Le séquençage de l’ensemble du génome d’une espèce est la première étape et ce travail, qui coûtait des millions de dollars il y a dix ans et n’en coûte plus que quelques milliers. Puis, les chercheurs identifient quels gènes sont responsables d’une fonction précise ; c’est à ce stade que se situe aujourd’hui le goulet d’étranglement, mais selon Susan McCouch, ce processus est de plus en plus rapide et de moins en moins cher à mesure que de nouvelles espèces sont séquencées, car la nature a tendance à utiliser les mêmes mécanismes d’une espèce à l’autre. Enfin, les chercheurs cartographient les marqueurs – de petits segments de matériel génétique liés à ces gènes – pour signaler si les gènes recherchés sont présents chez un individu donné.

« Il n’est pas rare qu’une société veuille associer 10 ou 20 caractères dans une variété », explique Harry Klee, spécialiste de la culture de la tomate à l’Université de Floride à Gainesville. Par le passé, pour obtenir la parfaite combinaison de caractères par les méthodes classiques, « il fallait avoir des millions de plants dans les champs ». Résultat : les sélectionneurs réduisaient généralement leurs souhaits à quelques caractères essentiels.

Dans le cas des tomates, par exemple, pas moins de 30 à 40 gènes différents influent sur leur goût, ce qui fait trop de variables avec lesquelles jongler. Donc la durée de vie et l’apparence ont inévitablement fini par l’emporter sur le goût. « Mais c’est là que la sélection moléculaire est vraiment payante », affirme Harry Klee. Les sélectionneurs utilisent aujourd’hui des marqueurs génétiques pour sélectionner automatiquement des jeunes plants de 2,5 cm et éliminer directement les 99 % dont ils ne veulent pas, ce qui leur fait gagner des années sur le calendrier des croisements. Il devient alors plus facile d’en arriver rapidement au croisement désiré et de réunir un ensemble complexe de caractères dans une seule et même variété. Conséquence, selon Harry Klee, même les tomates de supermarché produites à grande échelle devraient en théorie avoir bon goût d’ici cinq ans.

Durant les vingt années qui ont suivi les premières opérations de sélection moléculaire par les chercheurs, réalisées en 1989, les coûts élevés et le difficile travail de recherche ont essentiellement réservé cette technologie aux grandes sociétés travaillant avec des cultures de base comme le maïs et le soja. Mais comme les coûts chutent encore plus vite que ce qu’aurait pu prédire la loi de Moore et que les méthodes génétiques se banalisent, les chercheurs aujourd’hui appliquent également cette technologie aux cultures dites orphelines dont dépend une grande partie du monde en développement. La sélection moléculaire est pour le moment moins efficace avec les cultures qui se propagent par clonage, ce qui inclut des produits tropicaux comme le manioc, la patate douce, l’igname, la banane et la banane plantain. Mais pour le riz et un grand nombre d’autres cultures, elle permet aux sélectionneurs d’adapter rapidement une plante à un environnement ou à un goût particuliers.

« Chaque village a sa variété de riz préférée », explique Ian Graham, directeur du Centre for Novel Agricultural Products de l’Université de York. « Mais si vous identifiez un caractère particulièrement intéressant, comment allez-vous donc faire pour l’introduire facilement et de façon économique et rapide dans toutes les variétés locales de riz ? Le séquençage permet de faire cela. C’est en cela qu’on peut réellement faire profiter le monde en développement de la sélection moléculaire. » Il reste des barrières économique, ajoute-t-il, mais les équipements nécessaires à l’installation d’un laboratoire de base dans un pays en développement « coûtent aux alentours de 100 000 $ et non plus des millions ». Les méthodes génétiques peuvent ainsi faire en sorte que les croisements se fassent davantage au niveau local, soient plus démocratiques et contribuent à la diversité biologique et agricole au lieu de l’éradiquer.

La révolution verte des années 1960 avait permis de faire un bond gigantesque en matière de productivité essentiellement en rationalisant les plantes et les méthodes agricoles de façon à ce qu’elles puissent être reproduites sur des centaines de millions d’hectares, quels que soient les goûts et les environnements locaux. Elle avait repensé les plantes pour l’agriculture industrielle à fort apport d’intrants de façon à ce qu’elles réagissent à un régime fait d’engrais, d’eau et de pesticides, sans se soucier de l’environnement. Pour Susan McCouch, la révolution verte moléculaire fonctionnera en revanche en créant des cultures adaptées à un environnement précis et ce, sans besoin d’intrants supplémentaires. Les agriculteurs renoncent par exemple à cultiver le riz dans l’eau « parce qu’ils ne peuvent pas se la procurer, il n’y en a pas assez sur la planète ».

Susan McCouch ajoute que grâce à la sélection moléculaire, les cultures « vont réagir de façon constructive aux changements environnementaux imprévisibles », comme les inondations et la sécheresse. « Un des grands sujets de recherche en génétique à l’heure actuelle », explique-t-elle, « est le décryptage de la façon dont les plantes perçoivent l’environnement : comment comptent-elle le temps qui passe ou le nombre d’heures durant lesquelles il fait jour ? Comment savent-elles quand elles doivent pousser et quand elles doivent retenir leur respiration si elles sont sous l’eau ? Lorsque nous aurons découvert quels sont les gènes qui leur permettent de savoir tout cela, nous pourrons faire de la sélection assistée par marqueurs » et introduire ces gènes dans des variétés locales qui possèdent déjà les autres caractères voulus par les agriculteurs.

La faculté de la sélection moléculaire à aider les agriculteurs à s’adapter à un monde qui évolue sans cesse s’est particulièrement fait sentir le mois dernier lorsque Nature Biotechnology a publié un article sur la culture du riz au Japon. Des généticiens de l’Iwate Biotechnology Research Center, situé à 130 km au nord de Fukushima, utilisaient déjà cette technique pour améliorer la variété de riz tolérante au froid qui avait la préférence des agriculteurs lorsque le tremblement de terre de l’année dernière s’est produit. Le tsunami qui a suivi a laissé derrière lui une vaste étendue de rizières – 23 000 hectares, soit près du cinquième de l’approvisionnement en riz du pays – contaminées par de trop grandes quantités de sel pour se prêter à l’agriculture conventionnelle. Les chercheurs ont donc immédiatement recentré leurs efforts autour de gènes tolérants au sel. Et au lieu des cinq ans qu’il faut généralement avec les méthodes classiques pour produire un croisement adapté, ils espèrent aujourd’hui pouvoir fournir ces semences aux agriculteurs touchés par le tsunami en seulement deux ans, soit pour la saison de croissance 2014.

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