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20 juin 2019 / Compétences et expertise / Vitagora / Sciences et technologies
Garantir la conformité de vos ingrédients Bio : l’exemple de la CMS
La stérilité mâle cytoplasmique (CMS) est un outil utilisé en agronomie qui permet d’exploiter la vigueur hybride (ou hétérosis) des plantes. Cependant, l’utilisation des semences hybrides obtenues est fortement déconseillée par certains acteurs de l'agriculture biologique.
Qu’est-ce que la stérilité mâle cytoplasmique ? Comment l’obtient-on ? Les hybrides CMS sont-ils des OGM ? Existe-t-il une méthode pour les détecter pour garantir les caractéristiques des ingrédients de vos produits notamment dans le cadre du développement de votre gamme bio ?
Pourquoi s’y intéresser ?
- La stérilité mâle cytoplasmique (CMS) est un outil précieux en agronomie qui permet d’exploiter la vigueur hybride (ou hétérosis) des plantes
- La stérilité mâle cytoplasmique existe déjà à l’état naturel chez certaines plantes
- Dans la réglementation européenne, les CMS ne sont pas considérés comme des OGM
- Pourtant, de nombreuses associations de promotion de l’agriculture biologique et biodynamique rejettent les semences CMS
La stérilité mâle concerne les plantes incapables de se reproduire par autopollinisation, du fait d'une stérilité des éléments mâles des fleurs.
La stérilité mâle est utilisée par les sélectionneurs pour produire des variétés hybrides chez des espèces cultivées comme le blé, le chou, le colza, etc. Elle permet d’exploiter les gains de rendements associés à la vigueur hybride (hétérosis). Existante à l’état naturelle, la stérilité mâle peut aussi être obtenue en laboratoire, elle est soit de type génique (on parle de GMS) soit de type cytoplasmique (on parle alors de CMS). Focus sur la méthode CMS, pour laquelle la société Food Chain ID a développé une méthode de détection.
Qu’est-ce que la stérilité mâle cytoplasmique ? Comment l’obtient-on ? Les hybrides CMS sont-ils des OGM ? Existe-t-il une méthode pour les détecter pour garantir les caractéristiques des ingrédients de vos produits notamment dans le cadre du développement de votre gamme bio ?
Docteur Konstantin Rizos
Titulaire d’un doctorat en biologie infectieuse de l'Institut Max-Planck à Berlin, le docteur Konstantin Rizos a 20 ans d'expérience en biologie moléculaire, microbiologie et immunologie.
Depuis 15 ans, il travaille en tant que directeur technique et directeur R&D chez FoodChain ID Testing.
Avec son équipe, il a développé plusieurs méthodes d’identification d’OGM, d’espèces et d’allergènes. Par exemple, l’équipe travaille actuellement à la mise en œuvre d’une technologie innovante de séquençage d’ADN.
Food Chain ID Testing
Collaborant avec des organismes dans plus de 100 pays, Food Chain ID Testing est un laboratoire d’analyse homologué selon la norme DIN EN ISO/IEC 17025. La société fournit une expertise et des services axés sur la technologie qui soutiennent la production d'aliments sûrs, éthiques et durables.
Spécialisé dans l’analyse des produits d’alimentation humaine et animale, Food Chain ID Testing a été parmi les premiers à proposer un test permettant de détecter la présence d’OGM. Ils réalisent d’autres tests comme :
- Tests d’allergènes (vérifier que des produits alimentaires ne contiennent pas d’allergènes définis par le règlement UE 2003/89, comme par exemple le gluten ou les arachides)
- Détection d’espèces végétales et animales (déterminer la présence de substances dérivées de plantes ou d’animaux, tels que la farine de viande ou d’os, dans l’alimentation animale ou ses ingrédients)
- Test halal (détecter les substances ‘haram’, comme le porc ou d’autres espèces non licites dans la nourriture halal)
- Séquençage d’ADN (déterminer l’espèce utilisée dans un produit d’origine animale)
Les services proposés par Food Chain ID Testing offrent aux entreprises de multiples avantages :
- Respect de la réglementation
- Livraison du produit en conformité avec les exigences du client, dont le respect des seuils de tolérance et l’exclusion des variétés non approuvées
- Optimisation des programmes d’échantillonnage et de test pour parvenir à l’efficacité économique et opérationnelle
La stérilité mâle cytoplasmique (CMS) en question
Pourquoi développer une méthode de stérilisation des plantes ?
Pour produire une variété de semence hybride, il faut disposer d'une lignée mâle et d'une lignée femelle de la plante en question. Pour obtenir la lignée mâle, il est nécessaire de stériliser la plante soit avec une méthode manuelle soit avec une méthode chimique. Or ces méthodes ne sont pas toujours faciles ou possibles dans le cas d’une production de semences à grande échelle. Il a donc été nécessaire de développer d’autres méthodes pour obtenir des lignées mâles stériles. (Source : GNIS)
La stérilité mâle concerne les plantes incapables de se reproduire par autopollinisation car les éléments mâles des fleurs sont stériles. On la retrouve à l’état naturel chez de nombreuses espèces de plantes comme l’oignon, la carotte, la betterave, le fenouil, etc. Isolées, ces plantes ne peuvent pas se reproduire elles-mêmes. Pour se reproduire, elles ont besoin de vivre au sein d'une population et, si elles n'appartiennent pas à une espèce strictement autogame comme la tomate ou le riz, elles peuvent être fécondées par des individus normaux (mâles fertiles) et assurer ainsi leur descendance (source : Wikipédia).
Comment obtenir une lignée mâle stérile ?
Si elle n’est pas présente à l’état naturel, la stérilité mâle cytoplasmique peut être obtenue de deux façons :
- Par transfert à une espèce cultivée par croisement naturel avec une espèce proche chez laquelle la stérilité mâle existe naturellement ;
- En laboratoire chez une espèce cultivée, à partir d’une stérilité mâle provenant d’une espèce de la même famille avec laquelle l’espèce cultivée ne se croise pas de façon naturelle. Cela se fait en utilisant une biotechnologie : la fusion de protoplastes.
La fusion de protoplastes (ou fusion somatique) est une forme de modification génétique qui permet, chez les plantes, de fusionner deux espèces différentes pour former un nouvel hybride, qui héritera des propriétés génétiques des deux espèces d'origine. C’est Georges Pelletier, chercheur à l’INRA, qui le premier a maîtrisé cette méthode dans le cadre de ses recherches sur le déterminisme génétique de la stérilité mâle cytoplasmique. (source : INRA).
La fusion de protoplastes permet également de restaurer la fertilité des plantes, la CMS est donc un procédé réversible.
Les espèces les plus concernées par les CMS sont ceux de la famille des brassicae (chou, chou-fleur, navet…), le colza, les endives et la chicorée.
L’exemple du chou
Certaines plantes ont naturellement une lignée mâle stérile. Dans certains cas, celui du seigle hybride par exemple, la stérilité mâle peut même être obtenue par des techniques classiques de croisement des espèces.
Mais dans la plupart des cas, il est techniquement très difficile d’obtenir une lignée mâle stérile. La fusion de protoplastes est donc employée par les chercheurs. Concrètement pour obtenir une lignée de chou-fleur mâle stérile, des cellules de radis noir japonais ont été fusionnées avec des cellules du chou-fleur (les études menées par Hiroshu Ogura sur le radis japonais en 1968 ont permis cette avancée). Le radis japonais a été choisi car il présentait des caractéristiques communes au chou-fleur alors que la possibilité qu’ils se reproduisent entre eux à l’état naturel est statistiquement peu probable.
Quels sont les avantages de la stérilité mâle cytoplasmique ?
La stérilité mâle cytoplasmique permet la production de semences hybrides. L’objectif de ce croisement entre deux types de plantes est de bénéficier d’un effet hétérosis. On parle d’effet hétérosis (ou vigueur hybride) lorsque les individus hybrides de la première génération (nommée F1) obtenus par croisement de deux lignées pures ont une valeur agronomique supérieure à celle des deux parents.
La production de semences hybrides F1 répond à des enjeux économiques importants dans l’agriculture. Ces semences permettent en effet d’obtenir un meilleur rendement des cultures. Actuellement, on estime que plus de la moitié de la production des espèces de grandes cultures comme le maïs, le riz, le sorgho, ou le tournesol provient de variétés hybrides (Source Vegenov).
Des débats autour de la stérilité mâle cytoplasmique
Les semences obtenues par CMS sont-elles des OGM ?
La réglementation européenne définie les OGM comme « un organisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l’intervention humaine. » Ces modifications doivent être issues du génie génétique c’est-à-dire en supprimant ou en injectant de l’ADN au dit organisme.
Selon la directive européenne 2001/18/EC, les hybrides CMS générés par fusions de proto/cytoplastes ne sont pas considérés comme des OGM dans la mesure où la plante résultante aurait aussi pu être obtenue de manière classique.
Alors qu’il existe un étiquetage volontaire « sans OGM » en France, il n’existe pas d’étiquetage « sans CMS ».
Les hybrides CMS et l’agriculture biologique
D’un point de vue légal, les variétés CMS ne sont pas des OGM et leur utilisation est autorisée dans l’agriculture biologique. Cependant les acteurs du bio (des producteurs aux transformateurs) ne sont pas favorables à leur utilisation, dans ce cadre considérant qu’il s’agit d’une technique de génie génétique.
Des organismes promouvant l’agriculture biologique en Allemagne et à portée internationale comme Demeter ont fortement déconseillé l’utilisation de semences hybrides CMS et publié des listes de semences à bannir. On y retrouve notamment de nombreuses variétés de choux (source : Demeter).
En France de nombreux acteurs du bio (BioBreizh, Bio Loire Océan ou encore Biocoop) ont banni les variétés hybrides CMS des cultures possibles. Des acteurs traditionnels de la grande distribution comme Carrefour militent pour la vente de semences paysannes au détriment de semences hybrides (source : Carrefour).
L’utilité de pouvoir détecter les hybrides CMS
C’est dans ce contexte que Food Chain ID a mis au point un système de détection des hybrides CMS comme nous l’explique le docteur Konstantin Rizos, directeur R&D de Food Chain ID Testing : « La réglementation européenne est très claire : les CMS ne sont pas des OGM mais ces variétés sont rejetées par de nombreuses associations biologiques. Ces tests sont un outil incontournable pour tous les acteurs de l’industrie agroalimentaire qui souhaitent garantir la traçabilité des ingrédients destinés à des produits bio. »
Food Chain ID Testing propose une méthode de détection des CMS qui concerne principalement deux espèces végétales : les choux et la chicorée. Dans le cas du chou, des cellules de radis japonais sont fusionnés à la variété de chou (CMS Ogura). Dans le cas de la chicorée, il s’agit de tournesol.
Pour les deux plantes, l’information génétique est encodée dans l’ADN mitochondriale des cytoplasmes. Food Chain ID testing a développé une méthode particulière de réaction en chaîne par polymérase (PCR en temps réel) permettant de mesurer la quantité initiale d'ADN de radis « Ogura » ou de tournesol dans les hybrides. Le PCR en temps réel consiste à dupliquer en grand nombre une séquence d’ADN à partir d’une faible quantité d’acide nucléique et ainsi permettre de détecter la présence d’ADN étranger à la variété testée. Cette méthode de détection peut être utilisée sur des échantillons de chou ou de chicorée.
Soucieux de répondre aux demandes des industriels de l’agroalimentaire, Food Chain ID Testing continue de développer de nouvelles méthodes de test pour garantir la traçabilité des ingrédients.
Les mots-clés
Agriculture durable, agriculture biologique, AgTech, agronomie
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Pour en savoir plus...Pour en savoir plus sur l’expertise de Food Chain ID ou pour être mis en relation avec le docteur Konstantin Krizos, contactez Eva Chancé, Ingénieur développement des entreprises à Vitagora : eva.chance@vitagora.com.
Ingénieure agroalimentaire diplômée d’AgroSup Dijon, Eva est passionnée par le développement et la gestion de filières alimentaires durables aux échelles locales, régionales, nationales et internationales. Investie bénévolement auprès de causes qui la passionnent, elle rejoint l’équipe Développement des Entreprises à Lons-le-Saunier… et compte bien mettre son dynamisme et sa volonté à bousculer positivement le monde au service des adhérents de Vitagora ! |
Envie d'aller plus loin ?
- Localisation du caractère de stérilité mâle cytoplasmique dans la mitochondrie :
Belliard G, Vedele F, Pelletier G. 1979. Mitochondrial recombination in cytoplasmic hybrids of Nicotiana by protoplast fusion.Nature 281, 401-403 - Obtention de colzas mâle stériles :
Pelletier G, Primard C, Vedele F, Chetrit P, Remy R, Rousselle P, Renard M.1983. Intergeneric cytoplasmic hybridization in Cruciferae by protoplast fusion. Mol Gen Genet.191, 244-250 - Gène de la stérilité mâle cytoplasmique :
Bonhomme S., Budar F., Lancelin D., Small I., Defrance M-C., Pelletier G. 1992. Sequence and transcript analysis of the Nco2.5 Ogura-specific fragment correlated with cytoplasmic male sterility in Brassica cybrids. Mol Gen Genet.Nov 235 , 340-348 - OGURA, HIROSHI (1968) Studies on the New Male-Sterility in Japanese Radish, with Special Reference to the Utilization of this Sterility towards the Practical Raising of Hybrid Seeds; Me. Fac. Kogoshima Univ. 6: 39 - 78
