Bt : les insectes font de la résistance

ENVIRONNEMENT

I:;t" les insectes font de la r sistance Les plantes transgSniques porteuses de toxines insecticides, ~ l'instar des pesticides chimiques, favoriseront inSvitablement l'apparition de ravageurs r&istants. Pour retarder ce phdnombne, les producteurs de ces plantes et les autoritds rSglementaires pr6nent la stratdgie des parcelles ~ refuge ,~, qui prSsente cependant des limites. * Unit~ de recherches de [utte biologique, Inra La Mini~re, 78285 Guyancourt,

(I~

epuis 1994, date de leur apparition aux l~tats-Unis, les plantes transgdniques synth&isant des toxines insecticides font l'objet d'une controverse incessante. Le ddbat oppose les environnementalistes et les partisans de l'agriculture biologique d'un c6t8, aux industriels obtenteurs de plantes transg8niques - essentiellement des semenciers et des agrochimistes - de l'autre. Les autoritds r~gulatrices, la Food and Drug Administration (FDA), l'Environment Protection Agency (EPA) et I'U.S. Department of Agriculture (USDA), qui ont position d'arbitre, sont parfois accusdes d'indulgence envers les seconds. Principale inquietude des opposants : les plantes transg8niques ,, insecticides ,, ne risquent-elles pas d'acc~tdrer l'apparition de ravageurs r~sistant 5. la toxine dont etles sont porteuses, et finalement, de rendre cette derni~re inopdrante ? La question est d'autant plus pressante que les g~nes insdrds dans ces plantes proviennent de la bact~rie Bacillus thuringiensis (Bt), connue pour ses propri~tds insecticides et utilisSe par l'agriculture biologique sous forme de biopesticide pulv~ris8 sur les plantes. En cas de gdndralisation de la rdsistance, les agriculteurs ~ biologiques ,, perdraient donc leur principal agent de lutte contre les insectes ravageurs.

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De fait, chaque souche de Bacillus thuringiensis fabrique une toxine propre, agissant sp~cifiquement sur certains types d'insectes, des 18pidopt~res tels que la pyrale du mms, la pi~ride du chou ou la teigne de la farihe, ou des col~opt~res comme le doryphore ou la chrysomele du cresson. Les plantes transgSniques ~, insecticides ,, actueltement sur le march~ essentiellement le ma'xs, le coton, le colza et les potatoes de terre - ne portent en g~n&al qu'un gSne de Bt, et ne synth&isent donc qu'une toxine. Elles sont ainsi protSg~es contre les larves de papillons tels que la pyrale du ma'l's (Ostrinia nubilalis), le vet du tabac (Heliothis virescens) ou la teigne des crucif~res (Plutella xylostella). Dans ces conditions, la communaut~ scientifique estime probable l'apparition de populations d'insectes r~sistantes, alors que l'effet des pulv&isations classiques de biopesticide est consid&8 comme n~gligeable ~l cet ~gard. Outre le fait que les plantes transg~niques n'expriment qu'une seule toxine, ce qui facilite l'apparition d'individus r~sistants, la pression de s~lection sur les insectes est plus forte avec les plantes transgSniques que lors d'une pulv~risation de Bacillus thuringiensis. En effet, dans le premier cas, les ravageurs sont soumis ~ la toxine en permanence, alors que le rayonnement solaire ultraviolet d&ruit rapidement

les cristaux de Bt apr~s un ~pandage (Bacillus thuringiensis est ~pandu sous forme de spores ou de cristaux de toxines). La r~sistance des insectes ravageurs aux pesticides chimiques est un ph& nomane connu depuis longtemps. Cinquante ans d'Studes th~oriques et pratiques ont montr~ que l'augmentation du hombre d'individus r~sistants au fit des gSnSrations est quasiment in&itable dans les populations expos~es aux traitements chimiques. Ainsi, certaines populations de pucetons, comme Aphis gossipii, le puceton du cotonnier, sont-elles devenues r8sistantes ~ presque toutes les grandes classes d'insecticides existantes. Autrement dit, toute molecule insecticide est vou8e ~ tomber sous les fourches caudines de l'~volution et ~l devenir inefficace. Les m&anismes de cette rSsistance sont variables, mais tous proviennent de mutations (amplifications geniques, mutations ponctuelles des gSnes impliqu& darts

Le mai's transg~nique ,, Bt ,, favorise-t-il I'apparition de pyrales resistantes a cette toxine ?

(1)W.H. McGaughey (1985) Sconce 229, 193-195. (2) B.E. Tabashnik et aL (1990) J. Econ. EntomoL 83, 16711676. (3) R.T. Roush (1998) Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. B

353, 1777-1786. (4) D. Alstad, D.A. Andow (1995) Science 288, 18941896.

Ces oeufs de pi~ride des crucif~res (Pieris brassicae), un I~pidopt~re, donneront naissance a des chenilles extr~mement voraces.

la sensibilit~ aux insecticides, tels que ceux codant des enzymes de d&oxication. La forme mut~e du g~ne est appel& allSle de r~sistance. Comme dans le cas des antibiotiques, des herbicides ou des fongicides, la g~n~ralisation de la r~sistance est d'autant plus inqui&ante que le nombre de molecules actives est limitd. > Des resistances inquietanles

Les toxines de Bt induiront-elles des effets diff~rents de ceux des pesticides chimiques ? Certains l'ont pens~, mais l'espoir s'est envoi6 en 1985, lorsque l'~quipe de William McGaughey, du service de recherche agricole de I'USDA, fi Manhattan (Kansas, t~tats-Unis), a s6lectionn~ en laboratoire une population de pyrale des fruits secs (Plodia interpunctella) r~sistante fi Bt (1). Depuis cette date, une quinzaine d'esp~ces d'insectes environ ont dSveloppd au laboratoire une r6sistance ~ une toxine de Bt. Plus inquidtant, plusieurs populations de teigne des crucif~res (Plutella xylostella) sont devenues r6sistantes aux champs. Les premieres lign6es rdsistantes connues de ce l~pidopt~re ont dtd prdlevdes sur du cresson, ~ Hawa~ (2). Elles avaient subi 15 traitements de biopesticide & base de Bt en 18 mois pour l'une, et entre 50 et 400 traitements, de 1982 1989, pour l'autre. C'est, ~ l'heure actuelle, la seule esp&ce connue pour

avoir ddvelopp6 aux champs une r~sistance ~ Bt. Plusieurs stratdgies ont dt6 propos6es afin de ralentir la sdlection des allbles de r6sistance (3). On peut par exemple construire des plantes transg6niques exprimant plusieurs toxines de Bt (pyramiding en anglais), l'apparition d'insectes porteurs de tousles alleles de rdsistance n&essaires &ant peu probable. Autre solution : diminuer la pression de s6lection, en plaqant le transg~ne sous le contr61e d'un promoteur inductible par un produit xdnobiotique ou par un stress, ce qui permet de contr61er l'expression de la toxine dans le temps, ou bien d'un promoteur ~, sp~cifique de tissu ,,, ce qui limite cette expression fi quelques organes choisis de la plante. Cependant, la stratdgie la plus souvent ~voqu6e propose de coupler des parcelles de plantes Bt produisant une grande quantitd de toxine avec des parcelles de plantes non transform6es, qui constituent alors une zone ~ refuge ,, pour les ravageurs (voir Particle de Les Levidow, Biofutur 200, 4247). Connue sous le nora de ,, haute dose refuge ,, (HDR), cette option n'est efficace que lorsque les plantes Bt expriment des doses de toxine suffisantes pour tuer non seulement les insectes homozygotes sensibles - individus porteurs de deux alleles sauvages, c'est-fi-dire non mut6s -, mais 6galement l'ensemble des h&&ozygotes pourvus d'un allSle sauvage et d'un allele mut& Si tel est le cas, seuls

les homozygotes r6sistants (porteurs de deux allhles mut6s) pourront se d6velopper. Lorsque la fr4quence inidale des all61es de r6sistance est faible, seuls quelques tr6s rares homozygotes r6sistants 4mergent des parcelles transg6niques. Si la migration est suffisante, ils se croiseront probablement avec des individus sensibles issus des zones refuges. Leur descendance, compos6e exclusivement d'h&~rozygotes, sera alors incapable de se d&elopper sur les plantes Bt/t la gSn&ation suivante, ce qui diminuera la fr& quence de l'all~le de r~sistance (voir la figure p. 46). Les modules th~oriques montrent que cette strat~gie est la plus efficace pour gdrer la r~sistance aux toxines de Bt 14). La possibilit6 d'obtenir des plantes Bt exprimant de fortes doses de toxine a confort~ cette approche, aujourd'hui pr&onis~e notamment par la soci&~ agrochimique Monsanto, aux l~tats-Unis et en Australie. De fait, &s 1996, I'EPA et les industriels r e c o m m a n d a i e n t aux agriculteurs amdricains de m~nager des refuges. Depuis, I'EPA elle-mSme, mais aussi l'International Life Sciences Institute, qui repr~sente les industriels, et l'Union of Concerned Scientists, une association de scientifiques opposes aux plantes transgdniques, ont &udi~ la question et discut6 la surface optimale des refuges (5, 6, 71. Les valeurs habituellement retenues s'~l~vent fi 20 % de la surface cultiv~e totale si le refuge est soumis fi un traitement BIOFUTUR 201 * Juin 2000 43

(5) ERA. Scientific Advisory panel (1998) Subpanel on Bacillus Thuringiensis (Bt) plant-pesticides and resistance management,

Docket No. OPPTS00231. (6) ILSI (1999) An evaluation of insect resistance management in field corn,

ILSI.

(7) J. Rissler,M. Mellon (1998) Now or never: Serious

new plans to save a natural pest control,

UCS, Cambridge (MA). (8) Voir le site de rEPA : www.epa.gov/ pesticides/biopesti cides/otherdocs/ bt_position_paper_ 618.htm (9) E Huang etaL (1999) Science 284, 965-967. (10) 'LB. Liu etal. (1999) Nature 400, 519. {11) B.E. Tabashnik et al. (1997) Proc. Natl. Acad. ScL USA

94, 1640-1644.

ENV!RONNEMENT est impossible d'en tirer des generalit&, il apparalt que ces alleles ne sont (12) D. Bourguet pas forc(?ment rares : les auteurs suget aL (2000) Proc. gerent que pour la teigne des cruciRoy Soc. Lond. B feres, (Plutella xylostella), leur fr& 267, 117-122. quence peut d@asser 10 % pour cer(13) D. Bourguet, taines toxines Ill). De plus, l'(}quipe de M. Raymond (1998) Fangneng Huang, du d @ a r t e m e n t > Trois conditions n~cessaires d. EvoL BioL 11, d'entomologie de l'universit~ d'I~tat 103-122. du Kansas (Manhattan, KS, EtatsToutefois, les modeles tht?oriques Unis), a selectionnE au laboratoire des d e m o n t r a n t l'efficacit(? de cette stra(14) ER. Groeters et aL (1994) Evolution t(?gie reposent sur des parametres souches de pyrale resistantes 5. Bt en 48. 197-201. sept ou huit gEnErations, 5. partir d'un biologiques qui, p o u r certains ravageurs, n ' o n t encore jamais &e lnesunombre rdduit d'individus (souvent (16) D. Bourguet res. La pertinence de cette approche infdrieur a 500) 19). Sans constituer eta/. (2000) Proc Roy. Soc. Lond. est done dans une phase critique et une preuve, ce r&ultat renforce les B (sous presse). fait l'objet de nombreuses publicapresomptions : rien ne s'oppose 5. ce tions 5. l'dchelle internationale (9, 10). que la frdquence des alleles de resis(16) T.H. Schuler La in&bode H D R repose en effet stir tance aux toxines de Bt soil d e v & et aL (1999) Nature trois c o n d i t i o n s n & e s s a i r e s : les dans les populations naturelles. 400, 825. alleles de resistance d o i v e n t g:tre Les insectes rdsistants issus des par(17) J.E. Losey eta/. rares dans la p o p u l a t i o n de ravacelles de plantes Bt se croiseront-ils (1999) Nature 399, geurs a v a n t l ' i n t r o d u c t i o n des avec les individus scnsibles provenant 214. plantes transgeniques ; les individus des zones refuges ? Autrement dit, les rEsistants p r o v e n a n t des parcelles Bt adultes peuvent-ils facilcmcnt migrer doivcnt pouvoir se croiser avec les entre les deux zones, de nlaniere 5. assurer till(." rcproduction aleatoire ? En g&l&al, les i ravageurs sont des papillons Zone de culture transgenique Zone refuge i dont la mobilitE semble sufPlantes Bt P l a n t e s n o n Bt ! fisante pour assurer le bras' sage gen&ique. Par exemple, R insecticide chimique, et 4 % seulem e n t s'il ne subit a u c u n t r a i t e m e n t . Tres r e c e m m e n t , I'EPA et I'USDA o n t public une synthese sur le sujet, avec des e x i g e n c e s r e v u e s a la hausse (8).

nous

avons

iI]OlltrE

el1 F r a n -

que la structure genEtique des populations de la pyrale du mats est stable au cours du temps et homogene sur une grande aire gdographique (12). Ces rEsultats suggerent un intense flux genique et une forte migraAdultes participan la reproduction tion des insectes entre les parcelles de mats. Toutefois, v ~ la simple capacit~ migratoire n'est pas suffisante pour ¢0 cz assurer le brassage des individus sensibles et resistants. ~ Ainsi, l'Equipe de Yong-Biao Liu, du departement d'entoDescendance ur i E : ~. mologie de l'universit8 d'un croisement antes entre un RR et un I 3t ~ d'Arizona (Tempe, AR, ~ t~tats-Unis), a receinmcnt montr8 que des vers roses du . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . © cotonnier - larves du La strategie HDR suppose que les plantes Bt secretent assez de toxine papillon Pectinophora gospour tuer les insectes heterozygotes (RS, jaunes), comme les sensibles sypiella - resistants 5. une (SS, rouges). toxine de Bt se d&eloppent plus lenrement que les larves individus issus des zones refuges ; sensibles (10). Ce developpenlent asynenfin, la r~sistance dolt &re fonctionchrone pourrait favoriser la reproducnellement recessive. tion des individus rdsistants entre eux, Quelle est [a ffEquence naturelle des et donc une selection phis rapide des alleles de resistance aux toxines de Bt alleles de resistance. dans les populations de ravageurs ? II Enfin, pour que la H D R soit effecti existe peu d'~l(?ments pour rEpondre 5. ve, il faut que la r&istance soit fnnccette question. A c e jour, seules quatre tionnellelnent recessive, ce qui signiestimations ont etd publides (11). S'il fie que les plantes Bt doivent tuer ce

,

4

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, [i

n o n seulement les individus sensibles, mais egalement les hetdrozygotes. Cela depend du niveau de resistance, de la dominance de la resistance et de la dose de toxine produite par les plantes Bt. I1 est recommandd que cette derniere soit 25 fois superieure ~ la dose n&essaire pour tuer l'ensemble des h o m o z y g o t e s sensibles d'une population. Toutelois, la concentration de toxine peut varier d'une plante transgdnique l'autre, et change au cours du dEveloppement de la plante. La question est donc de savoir si, lors d'infestations tardives, ces plantes expriment encore suffisamment de toxine pour tuer les h&erozygotes. De plus, le degrE de dominance intrinseque independant de la dose de toxine du caract['rc de rEsistance varie beaucoup d'une espece fl l'autre, m&ne s'il est cn general phltet recessif ten pratique, la dominance ou la recessivile absolues n'existent pas) (13). I1 parait done difficile de s'assurer que la rEsistance est fonctionnellement recessive, comnlc I'cxige la HDR. > Le cas Monarque Sices trois conditions - faible frequence initiale, brassage g&lEtique et resistance foncti(mnellenlent recessive sont essentielles, d'autres parametres interviennent dans les modeles dc geslion de la resistance aux pesticides. C e s t le cas, par exemple, du <
Ateliers N ° 121

de formation

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Organisat . . . . .

\:a]erie Doye {Paris, ]:rance) Nehrbass Ull ( Parib, France)

• Institut national de la sante et de la recherche mddicale

Transport nucleocytoplasmique : principes et outils PHASE I • LE POINT SUR... • 23-24 novembre 2000 • Jouy-en-Josas Les moyens de lutte contre les ravageurs - ici des larves de pieride des crucif&es - n e s e r e s u m e n t p a s a u x plantes transgeniques - B t ,, et a u x pesticides chimiques.

De plus, ce papillon peut se ddvelopper sur de nombreuses plantes autres que le mais comme, par exempte, le houblon, le fraisier ou l'armoise. Ces plantes h6tes pourraient constituer un r~servoir d'individus sensibles, et done iouer le rele de zone refuge, mais il n'est pas stir que les individus vivant sur des esp&ces veg& tales diff&entes se croisent de mani~re aleatoire. Nous avons d'ailleurs recemment montr6 que le flux de g~ne entre ces populations est probablement limitd 051. Enfin, la presence de parasites peut egalement modifier les donn&s du probl&me. Des chercheurs anglais ont d&ouvert que la gu~pe Cotesia plutellae, parasitoide pondant ses oeufs dans les larves de la teigne des crucif~res, peut se d&elopper dans des larves resistantes ayant consomme du colza transgenique 06l. Plus interessant, cette ~quipe a montr~ que lorsque des individus sensibles et r&istants coexistent sur du colza transg~nique, les gu~pes parasitent pref&entiellement les larves resistantes. En population naturelle, un tel comportement pourrait limiter la propagation des individus resistants. En revanche, les pr~dateurs des insectes ravageurs peuvent souffrir de la pr&ence de toxine chez des proies r&istantes, ce qui aurait l'effet inverse. La question de la rdsistance des ravageurs aux toxines de Bt, si elle constitue le principal sujet de la controverse, n'est pas la seule que soulevent les plantes ~, insecticides ,, : elles peuvent aussi avoir des effets indesirables sur des esp~ces non cibles. Ainsi, un article paru en mai 1999 dans la revue Nature montrait que les larves du papillon Monarque (Danaus plexippus), l'un des symboles de l'Am&ique rurale, sont sensibles au pollen de mais transgdniques Bt {17L Cette &ude a eu un

retentissement important dans la communaut~ scientifique - le protocole experimental a 8t6 trbs critique - e t a atteint le grand public, &ant donnd le statut embldmatique du Monarque aux t~tats-Unis (voir Biofutur [1999/ 190, 11 et 191, 7). I1 n'y a cependant rien de surprenant b. ce qu'une toxine sp~cifique des Idpidoptbres affecte d'autres chenilles que celles de la pyrale du maYs. La toxine Bt est d'ailleurs active sur la sdsamie (Sesamia nonagrioides), un autre papillon europden ravageant le mais, pr&ent en particulier dans le Sud de la France. Si les plantes Bt soul,vent parfois des problbmes specifiques, il faut garder en memoire que les questions de la rdsistance des ravageurs ou de l'impact sur l'entomofaune se posent 6galem e n t - avec encore plus d'acuit6 avec les insecticides chimiques. De plus, ces derniers sont responsables de la pollution des nappes phrdatiques, de l'intoxication directe ou indirecte, et parfois de la mort des personnes en charge des traitements. La transgdn~se vdgetale repr&ente un outil certes efficace, mais les probl}mes environnementaux, 6conomiques, sociologiques et philosophiques qu'elle soul~ve devraient inciter la recherche fi diversitier son approche de lutte contre les ravageurs. Faut-il rappeler que des m&hodes de lutte biologique existent ? L'utilisation du trichogramme (Trichogramma brassicae), un hymenopt~re parasite des oeufs de pyrale du mais, en est un exemplc parmi d'autres. Les efforts de recherche sont directement proportionnels aux budgets qui leur sont affectds. I1 serait dommage que l'importance accord& h la crdation et ~ l'~valuation des plantes transgeniques finisse par &ouffer l'6mergence dc m&hodes de lutte int~gr~e. •

Objectifs • Presenter les donnees les plus recentes relatives aux mdcanismes moleculaires du transport nucleocytoplasmique et son r61e dans la r6gulation des fonctions cellulaires. Rendre les concepts et les approches experimentales accessibles/1 des scientifiques dont les thdmatiques sont ~ la frontiere de ce domaine de recherche. Public • Chercheurs, ingenieurs, techniciens, etudiants doctorants et post-doctorants Les conferences seront donnees en anglais. Nombre maximum de participants • 60 Programme • M6canismes fondamentaux du transport nucleocytoplasmique, voles alternatives impliqu6es dans l'import et l'export des proteines et particules ribonucleoproteiques ; export des differentes classes d'ARNs ; approche biophysique du transport nucl6aire ; architecture assemblage et dynamique des pores nucleaires; transport nucleocytoplasmique et r~gulation de l'expression des genes, transport des particules virales ; mdthodes d'analyse d'image relatives/l cette thdmatique. Quelques expos& seront par ailleurs sOlectionn&sur la base de r&um& sournis par les participants. PHASE II • MAITRISE TECHNIQUE • Premier trimestre 2001

Programme • Analyse in vivo de l'import et l'export de prot6ines couplds/t la GFR Suivi de l'export des ARNm par hybridation in situ. Test d'import in vitro sur cellules semi-permdabilisees. Fractionnement nucl~aire et purification d'enveloppe nucleaire, lmagerie et quantification des signaux nucleaires. S41ection • 10 stagiaires seront selectionn4s parmi les participants de la phase I pour des stages pratiques de 3 h 5 jours permettant d'acqu4rir l'une des techniques mentionnees ci-dessus. Avec la participation • John Aitchison (Edmonton, Canada), Catherine Dargemont (Paris, France), Jan Ellenberg (Heidelberg, Allemagne), Dirk G6rlich (Heidelberg, Allemagne), Ari Helenius (Ztirich, Suisse), Ed Hurt (Heidelberg, Allemagne), Elisa lzaurralde (Heidelberg, Allemagne), Reinhard Ltihrmann (Marburg, Allemagne), Iain Mattaj (Heidelberg, Allemagne), Jean-Christophe Olivo Marin (Paris, France), Mike Rexach (Stanford, USA), Michel Riva (Gif-sur-Yvette, France), Mike Rout (New York, USA).

Date limite d'inscription : 23 septembre 2000

Renseignements et inscription Ateliers de formation Inserm 101, rue de Tolbiac 75654 Paris Cedex 13 Tel. 33 (0)1 44 23 62 03 Fax 33 (0)1 44 23 62 93 [email protected]