Fondement biologique de la transgenèse végétale

Le transfert naturel d'ADN par des bactéries du sol (ou transgenèse naturelle)

1 - Les faits 

Depuis l'Antiquité, on connaît une maladie, appelée "galle du collet" (ou crown gall), qui atteint de nombreuses plantes cultivées suite à des lésions, dues au gel notamment. Le grossissement démesuré de la tige des espèces végétales atteintes est l'un des symptômes caractéristiques facilement observable. En l'état, ceci se traduit par le dépérissement de la plante.

2 - A la recherche d'une explication ...

Au début du siècle, le problème économique causé par le dépérissement des vergers de pêchers et d'amandiers conduisit des phytopathologistes américains à étudier cette maladie. L'un d'entre eux, Erwin SMITH identifia l'agent de cette maladie : la bactérie du sol, Agrobacterium tumefaciens.

Plus tard, en 1942, la preuve de la nature tumorale de la maladie fut apportée.

Entre 1960 et 1970, Georges MOREL et ses collaborateurs de l'INRA de Versailles, ont montré que cette tumeur induite par ces bactéries sur les plantes sensibles, synthétisent des substances particulières, les opines. Ces substances spécifiques, absentes des cellules végétales saines, sont synthétisées par les cellules tumorales au cours de leur interaction initiale avec la bactérie. Des cultures de cellules tumorales in vitro montrèrent que la nature des opines dépendaient étroitement des souches d'Agrobacterium tumefaciens utilisées. Cette découverte conforta l'idée que l'acquisition de la propriété de synthétiser des opines par les cellules tumorales résultait d'un transfert d'information génétique de la bactérie à la cellule végétale.

Cette hypothèse fut validée en 1974 grâce aux travaux de l'équipe de Jeff SCHELL et Marc VAN MONTEGU en Belgique, qui montrèrent que cette transformation génétique des cellules végétales était l'oeuvre de plasmides présents dans les souches virulentes d'Agrobacterium. Dans le cas de la galle du collet ce plasmide est appelé Ti (pour Tumor inducing).

Enfin, en 1977, Mary DELL CHILTON en association avec une équipe américaine, montrait que la transformation de cellules végétales par Agrobacterium tumefaciens résulte de l'intégration dans leur génome d'un fragment d'ADN (appelé ADN-T pour ADN transféré) issu des plasmides Ti. Les gènes portés par l'ADN-T ne s'expriment pas dans Agrobacterium, mais seulement dans le noyau des cellules végétales ; présents sur le plasmide Ti, ils apportent des signaux de régulation de type eucaryote. 

Figure 1 - La galle du collet (sur sarment de vigne)

Figure 2 - Le plasmide Ti (carte simplifiée)

3 - Bilan

En résumé, retenons qu'à la suite d'une blessure ou d'une lésion, Agrobacterium tumefaciens, bactérie qui survit facilement dans les sols cultivés, entre en contact avec une cellule de la plante et lui injecte une partie de son plasmide Ti : on peut donc dire qu'il s'agit d'un véritable transfert naturel d'ADN. Cette partie du plasmide Ti s'incorpore au matériel génétique du végétal. Toutefois, cette opération compliquée, met en jeu toute une série de mécanismes programmés (cf. figure 3). 

Figure 3 - Le transfert naturel d'ADN-T par un plasmide Ti dans une cellule végétale.

L'expression de la partie du plasmide Ti incorporée (ADN-T) est remarquable par toutes les conséquences qui se déroulent par la suite : il se produit une prolifération incontrôlée de la galle au cours de laquelle se produit une synthèse de substances spécifiques appelées opines. Ces substances, dont la synthèse est sous la dépendance du morceau de plasmide Ti incorporé, vont induire un déroulement de l'activité photosynthétique habituelle de la plante au profit des bactéries. Les opines rejetées dans le milieu extracellulaire sont prélevées par les bactéries qui les utilisent pour leur propre croissance et leur multiplication ; il en découle un important grossissement de la tumeur et en conséquence, les bactéries sont de plus en plus nombreuses. Si la plante hôte meurt alors la tumeur disparaît, mais les bactéries restent dans le sol et peuvent éventuellement infecter de nouvelles plantes.