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EXEMPLES DE RÉSISTANCE AUX VIRUS, INSECTES ET CHAMPIGNONS

 

1. Transgénèse permettant la résistance aux insectes parasites et prédateurs :

 

Objectif 1 :  Diminuer la capacité de reproduction des insectes en les empêchant de réaliser leur mue.

Procédé : Modification par transgénèse du profil stérolique de la plante, notamment des phytostérols nécessaires aux insectes pour la synthèse de l'ecdysone : hormone induisant la synthèse de chitine stimulant la mue et la transformation des insectes.

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Objectif 2 : Tuer les parasites creusant des galeries dans la tige des plantes comme la pyrale chez le tabac, le cotonnier, la tomate ou encore le maïs.

Procédé : Insertion d’un gène d'intérêt entraînant la production de la protéine Cry1ab appellée protéine cristalline ou endotoxine delta et produite initialement par la bactérie Bacillus thuringiensis. Cette toxine modifie la perméabilité de la membrane plasmique des cellules intestinales de la chenille parasite, ce qui perturbe sa nutrition et sa digestion, et va jusqu’à entraîner sa mort. 

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Objectif 3 : Inhiber les gènes responsables de la synthèse de protéines essentielles à la survie des insectes parasites.

 

Procédé : Inactiver un gène par ADN interférent (ARNi). Ce mécanisme d'immunité naturelle présent chez la plante consiste à induire de petits ARNi spécifiques dirigés contre l’ARN du virus en inhibant le gène responsable de sa traduction. Il est alors possible d’intégrer dans la plante par transgénèse (directe ou indirecte) des gènes codant pour des ARNi dirigés contre certains virus ou insectes afin de les immuniser.

Aux Etats-Unis l’utilisation des ARNi contre les insectes a été pour la première fois autorisée en juin 2017. Le génome de maïs transgénique contient l’ARN DvSnf7 qui désactive le gène Snf7 essentiel à la survie de la chrysomèle. Lorsque le ravageur absorbe l’ARN DySnf7 dans son intestin, il s'hybride avec l'ARN messager Snf7 (ARNm) dans les cellules et provoque son épuisement. La perte d'ARNm de Snf7 entraîne la perte de protéines et le ver de racine finit par mourir.

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2. Transgenèse permettant la résistance aux champignons pathogènes:

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Schéma de la paroi cellulaire fongique des champignons, www.slideplayer.com (Jean Jégou)

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Objectif : Renforcement des défenses naturelles de la plante.

Procédé :  Introduction d’un gène codant pour la synthèse d’un composé antifongique : la PR.
Les PR (Pathogeneis Related) sont des  protéines qui sont généralement sécrétées à la suite de l’agression d’un parasite. Elles ne sont que très peu spécifiques de l'agresseur ce qui permet une meilleure protection. La sécrétion de ces molécules protectrices est souvent déclenchée par la production de molécules très agressives, appelés “éliciteurs”, par le pathogène. L’objectif est donc d’augmenter le mécanisme naturel de défense, en transférant le gène correspondant à l’éliciteur concerné.

 

Par exemple la détérioration des structures pariétales des champignons pathogènes peut être entraînée par l'introduction du gène codant la synthèse d’une (béta)-1,3-glucanase ou d’une chitinase hydrolysant respectivement les (béta)-1,3-glucanes et la chitine se trouvant dans la paroi des champignons (une résistance acceptable nécessite l’insertion de plusieurs transgènes). Ce gène peut provenir d'une autre plante, d'un champignon, d'une bactérie, d'un vertébré ou de la sur-expression des gènes codants pour des enzymes dans le génome de la plante. Pour le tabac par exemple, c'est le gène Ypr2 pour les (béta)-1,3-glucanase et les gènes Ypr3, Ypr4, Ypr8, Chia, Chib, Chid pour la chitinase. Pour la souris, il s'agit respectivement des gènes Bg et Chi pour la  (béta)-1,3-glucanase et pour la chitinase.

Autre exemple, le  champignon Phytophtora infestans (maladie du mildiou) produit un éliciteur appelé la cryptogénique. Il entraîne chez sa victime une réaction de défense dite d’hypersensibilité et qui entraîne par la suite la mort progressive des cellules entourant la zone d’attaque du parasite.
Le gène de la cryptogéine a été transféré dans des tabacs transgéniques afin de renforcer ses défenses vis-à-vis du champignon Phytophtora infestans.

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Photo d'une plante contaminée par le mildiou, www.jardiniers-professionnels.fr

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2. Transgenèse permettant la résistance aux virus :

 

     Les maladies virales chez les plantes ont longtemps été un mystère pour les chercheurs. Pendant longtemps, seule la virose pouvait être soignée par thermothérapie puis par culture et régénération de méristèmes in vitro. Mais ces techniques n’étaient qu’éphémères et les plantes pouvaient être à nouveau infectées.

De nouvelles techniques plus efficaces et plus durables ont été élaborées contre les virus.

 

Objectif 1 : détériorer les structures pariétales des bactéries.

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Procédé : Introduction du gène codant la synthèse de lysozymes HEWL hydrolysant les peptidoglycanes de la paroi bactérienne. Ce gène peut provenir d'un bactériophage (gène Cpl1), d'une huitre (gènes lysoz1 et lysoz2) ou d'une souris (gènes Lyz1 et Lyz2).

Un modèle transgénique de tabac-HEWL a récemment été produit. La protéine HEWL est produite sous le contrôle du promoteur du virus de la mosaïque du chou-fleur.

 

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Schéma représentant les deux types de paroi bactérienne : Gram+ ou Gram-, https://qph.fs.quoracdn.ne

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Objectif 2 : Création d’une résistance “dérivée du pathogène”.

Procédé : On va d’abord sélectionner les variétés de plantes  peu sensibles au virus afin de réaliser des croisements. Pour cela, on isole un fragments d’ARN viral dont la traduction correspond à une protéine de la capside du virus cible (structure entourant le génome dans un virus). Puis, une enzyme: la polymérase inverse va transcrire l’ARN et  permettre d’obtenir un ADN complémentaire au génome viral que l’on transfère dans la plante réceptive, ce qui la rend immunisée au virus.

 

Cette technique a été réalisée sur des plantes telles que le tabac, la pomme de terre ou la betterave. Elle leur confère une résistance aux virus mais son mécanisme reste encore inconnu.

Une hypothèse serait qu'elle induit la saturation des sites de décapsidation des cellules végétales hôtes où les virus conservant leur capside seraient incapables de se répliquer. Des exemples concrets de son efficacité ont été constatés : résistance à une mosaïque chez le melon, un prunier résistant au virus de Sharka ou encore une vigne résistante au virus du court-noué.

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Schéma de la transcription inverse, https://www.thermofisher.com

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Objectif 3 : Apporter une résistance par expression d’une protéine virale.

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Procédé: Il s’agit d’intégrer dans la plante un transgène codant pour une protéine du capside de ces virions qui va être synthétisée en grande quantité et va s’accumuler dans la cellule. Par conséquent, la protéine va inhiber certaines étapes du cycle viral. Par exemple dans le cas du virus TMV (tobamovirus), elle va empêcher le désassemblage du virion et donc la libération de son ARN génomique et de ce fait la création de nouveaux virions.  

 

Dans le cas du virus PVX (potexvirus), on a introduit un transgène codant pour une forme mutée de la polymérase virale responsable de la synthèse de nouveaux ARNg. Cette polymérase dysfonctionnelle va être capable de réduire l’expression de la polymérase fonctionnelle codée par un virus PVX homologue.

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Schéma de la structure d'un virion, Wikipédia

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Objectif 4 : Inhiber les gènes responsables de la synthèse de protéines essentielles à la survie des virus parasites.

 

Procédé:  Le principe d’inactivation d’un gène par ARN interférent (ARNi).

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Exemple de PGM (plantes génétiquement modifiées) à ADNi commercialisées depuis 1998 aux Etats-Unis :

• Des courges transgéniques résistantes aux virus de la mosaïque jaune de la courgette et ses dérivés (mosaïque de la pastèque, mosaïque du concombre),  les courges exprimant une séquence du gène de la capside de chacun des trois virus.

• Des pommes de terres transgéniques résistantes aux virus Y et de l’enroulement de la pomme de terre.

• Des pruniers résistants au virus de la Sharka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Objectif 5 : Inactiver un gène nécessaire au développement d’un virus grâce aux ciseaux moléculaires (CRISPR Cas 9)

 

Procédé : Par transgenèse directe ou indirecte, on introduit dans le noyau de la cellule l’enzyme Cas 9 associée à un ARN guide synthétique qui détermine la zone cible de l’ADN végétal. L’ADNg va alors reconnaître le site prédéterminé de l’ADN parmi les CRISPR (séquences de bases répétées dans l’ADN et séparées par des spacer) et former le complexe CRISPR-Cas 9. Cas9 va ensuite introduire une cassure dans l’ADN double brin de la plante. Cette cassure est immédiatement réparée par la machinerie cellulaire par MMEJ ou NHEJ et provoque une mutation. Le gène cible devient non fonctionnel.

 

Grâce à cette méthode plus précise on a pu apporter une résistance à 3 potyvirus (PVY) chez le concombre ou encore au TYLCV chez le tabac. (On cible la séquence de gènes responsable de la synthèse du complexe protéique elf(iso)4e)

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