Download DOC - Knowledge for development

hearingstartΒιοτεχνολογία

23 Οκτ 2013 (πριν από 3 χρόνια και 10 μήνες)

372 εμφανίσεις

Renforcer la biotechnologie en Afrique par un transfert de technologie
efficace

: la réussite de la biotechnologie du manioc


Hervé Vanderschuren

Laboratoire de biotechnologies végétales, Département de biologie, ETH de
Zurich, 8092 Zurich, Suisse. E
-
mail

: hvanderschuren@ethz.ch


Depuis ces dix dernières années, le manioc revêt une importance croissante
dans les pays tropicaux en raison d’une demande de plus en plus forte en
nourriture pour humains et animaux, en amidon industriel ainsi qu’en
biocarburant

(Jansson
et al
., 2009

; Sriroth
et al
., 2010). Le manioc est
intéressant pour les agriculteurs car il est considéré comme faisant partie des
cultures les plus résistantes au climat tropical étant donné sa capacité à
croître dans des milieux difficiles et
à
produire

de bons rendements avec peu
d’intrants. Néanmoins, le rendement de manioc moyen dans les tropiques
atteint à peine 20

% du rendement obtenu dans des conditions optimales (El
-
Sharkawy, 2004

; FAOSTAT, 2012). Le rendement moyen sur le continent
af
ricain est estimé à environ 10 tonnes par hectare alors que des rapports
récents ont démontré que 50 à 60 tonnes par hectare sont possibles en
utilisant des méthodes de gestion des cultures et de fertilisation adéquates et
du matériel génétique amélioré (F
ermont
et al
., 2009).


Outre la nécessité d’optimiser et de promouvoir de bonnes pratiques agricoles
pour le manioc, le développement d'accessions améliorées est également
indispensable à l’augmentation du rendement du manioc. Ces dernières
décennies, l’am
élioration du manioc reposait en grande partie sur une
sélection classique effectuée par des centres de recherche internationaux et
nationaux dans des pays où le manioc est une culture de base. Malgré la
production de bons cultivars de manioc et de lignées

élites, l’introgression de
caractères améliorés dans le manioc reste une tâche chronophage et
laborieuse en raison de son hétérozygotie élevée et de son long cycle de vie
(Ceballos
et al
., 2004). Pour certains caractères, la disponibilité de marqueurs
mol
éculaires permet de contourner partiellement les limites associées à la
sélection classique et de faciliter l’accumulation des caractères recherchés
(Rudi
et al
., 2010). Dans cette optique, la transformation génétique s’est
imposée comme un outil puissant
pour la production de manioc amélioré de
manière rapide et efficace, pour la génération de nouveaux caractères non
présents dans le matériel génétique du manioc et pour combiner facilement
plusieurs caractères améliorés dans les cultivars de manioc privilé
giés par les
agriculteurs.


L’émergence de la biotechnologie du manioc


Suite à la mise au point des premières plantes transgéniques dans les
années 1980, la communauté du manioc a commencé la mise en œuvre de
procédures pour la transformation génétique d
u manioc. Le manioc étant
considéré comme récalcitrant à la transformation, des équipes de chercheurs
d’Europe, des États
-
Unis et du Centre international d'agriculture tropicale
(CIAT) ont concerté leurs efforts pour mettre au point la production du premie
r
manioc transgénique. Les procédures de transformation du manioc réussies
ont été simultanément publiées par deux laboratoires occidentaux pour la
première fois en 1996 (Li
et al
., 1996, Schopke
et al
., 1996). La production de
manioc transgénique, récalci
trant à la transformation, a été réalisée à un taux
d’efficacité médiocre et seulement avec un cultivar de manioc propre à la
transformation génétique dans des laboratoires bien équipés. Un éditorial
publié dans
Nature Biotechnology

a judicieusement soulig
né que le transfert
de la technologie à des pays où le manioc transgénique aurait un intérêt
pratique pourrait constituer un enjeu important pour la communauté de la
biotechnologie du manioc (Vasil, 2010).


Le développement de la biotechnologie du manioc e
n Afrique


Pour mettre du manioc transgénique à la disposition de l’Afrique, deux
options, non antagonistes, sont possibles

: (a) la production de manioc
transgénique dans des laboratoires situés en dehors de l’Afrique et
l’importation de lignées transgéni
ques dans les pays africains où la législation
concernant les cultures génétiquement modifiées a été promulguée

; (b) la
mise en œuvre de la technologie de transformation du manioc dans des
laboratoires africains. Les premiers essais sur le terrain en mili
eu confiné de
manioc transgénique en Afrique ont été réalisés avec des plants
transgéniques produits dans des laboratoires occidentaux (Sayre
et al
., 2011).
Le transfert de ces lignées en Afrique et les essais sur le terrain initiaux
contribuent à créer un
e expertise locale en matière de manipulation et
d’évaluation du manioc transgénique. Cependant, un sondage récent révèle
que la promotion et l’acceptation de cultures transgéniques en Afrique
nécessiteront également une capacité locale à développer des cu
ltures
transgéniques (Ezezika
et al
., 2012). Ce dernier point est essentiel à l’auto
-
détermination du continent africain, un sujet cher aux dirigeants africains
depuis longtemps (Sankhara, 1987

; Mbeki, 1998).

Le transfert de la technologie de transformat
ion génétique du manioc à des
laboratoires africains doit faire face à plusieurs problèmes. Tout d’abord, les
protocoles de transformation génétique du manioc ont été élaborés en
laboratoire dans des conditions optimales. De nombreuses procédures de
transf
ormation offrant une efficacité médiocre, leur mise en œuvre dans des
laboratoires présentant des conditions et un équipement limités peut s’avérer
inappropriée à une transformation génétique du manioc stable et efficace.
Ensuite, les procédures ont été su
rtout développées pour des cultivars de
manioc modèles propres à la transformation génétique. L’utilisation de
cultivars modèles a été au cœur des recherches de validation du concept (Liu
et al
., 2011). Cependant, les laboratoires africains souhaitent proc
éder à la
transformation du manioc à la fois pour des recherches de validation du
concept et pour le développement du produit. Ainsi, les protocoles doivent
également être adaptés pour permettre une transformation efficace des
cultivars de manioc privilégi
és par les agriculteurs.

La mise au point de protocoles de transformation rigoureux a été essentielle
pour le transfert de technologie aux laboratoires africains (Bull
et al
., 2011).
Puisque la transformation génétique du manioc requiert la production d'un

nombre substantiel de tissus
in vitro

utilisables pour la transformation, les
procédures limitant les manipulations stériles de tissus de manioc, telles que
celles mises au point à l’ETH de Zurich (Bull
et al
., 2009

; Niklaus
et al
.,
2011), ont contribué
à réduire les taux de contamination fongique et
bactériologique. Ce dernier point est particulièrement important pour la mise
en œuvre dans des environnements de laboratoire sujets à de forts taux de
contamination des cultures de tissus végétaux. D’autres
paramètres tels que
la qualité de l’eau, les coupures de courant et l’approvisionnement en
consommables peuvent également diminuer l’efficacité de la transformation et
les taux de régénération. Des protocoles de transformation rigoureux avec
des taux d’eff
icacité élevés en matière de transformation et de régénération
dans des conditions optimales sont également plus appropriés pour la mise
en œuvre dans des conditions non optimales, car ainsi toute diminution de
ces taux est moins susceptible d'anéantir la
régénération du manioc
transgénique. L’utilisation d’une accession de manioc modèle, présentant une
efficacité de transformation plus élevée que d’autres cultivars, constitue un
précieux outil de mise en œuvre. Elle permet en effet la formation de
chercheu
rs locaux à l’aide d’un cultivar bien caractérisé et couramment utilisé
dans d’autres laboratoires, ce qui facilite la résolution des problèmes à
chaque étape de la procédure de transformation. Des protocoles rigoureux
sont également plus appropriés en vue

de l’adaptation à la transformation
d’accessions de manioc privilégiées par les agriculteurs (Zainuddin, I.,
Schlegel, K., Gruissem, W. et Vanderschuren, H. «

Transformation procedure
for the production of transgenic farmer
-
preferred cassava cultivars

»,
manuscrit en cours de révision). Suite à la création et la stabilisation de
plateformes de transformation génétique dans leurs institutions, les
chercheurs africains doivent identifier les cultivars de manioc les mieux
appropriés à leurs agrosystèmes et ad
apter la procédure de transformation du
cultivar modèle à ces cultivars (Chetty
et al
., 2012).


Les stratégies pour le transfert et la maintenance des technologies


Il est important de noter que la mise en œuvre des technologies de
transformation génétiqu
e doit être assortie de stratégies de renforcement des
capacités afin de garantir la pérennité de ces technologies nouvellement
transférées. Au moins deux stratégies distinctes peuvent être élaborées pour
le renforcement des capacités

: (a) la formation de

chercheurs locaux en
Afrique articulée autour de l’organisation régulière d’ateliers pratiques avec
des experts de ce domaine

; (b) l’éducation et la formation de chercheurs
africains dans les laboratoires où la transformation du manioc est
couramment pra
tiquée. Ces deux stratégies facilitent le transfert de
technologie par la création d’expertise locale. Cependant, la formation
organisée dans les laboratoires africains permet d’identifier les limitations et
les dysfonctionnements
in situ
, et s’avère donc
parfois plus appropriée à une
résolution rapide des problèmes (Chetty
et al
., 2012). Ces deux stratégies de
renforcement des capacités ont été utilisées pour mettre en place des
plateformes de transformation génétique du manioc au Biosciences Eastern
and C
entral Africa (BecA, Nairobi), à l’université de Witwatersrand
(Johannesburg) et au Mikocheni Agricultural Research Institute (MARI, Dar es
Salam) en utilisant les technologies de transformation développées à l’ETH
de Zurich (Bull
et al
., 2009

; Chetty
et
al
., 2012). Le succès du transfert de
technologie dépend également d’autres paramètres tels que la gestion des
laboratoires et des projets, ainsi que la disponibilité des ressources
nécessaires pour assurer la maintenance de la technologie établie.


Figur
e 1. Transformation génétique du manioc à l’aide de procédures de
transformation rigoureuses à Dar es Salam (photo

: H. Vanderschuren)


Le transfert de technologie ne doit pas être une fin en soi. L’objectif sous
-
jacent du transfert de technologie en Afriq
ue est de permettre aux chercheurs
locaux d’effectuer des recherches de qualité et de mettre au point des
produits d'agro
-
biotechnologie répondant aux besoins locaux. Pour cela, il est
essentiel que les projets de transfert de technologie s’appuient sur de
s
intérêts durables et sur les demandes des institutions locales. Un personnel
technique et d'encadrement compétent doit être activement associé aux
activités de transfert. Il est également primordial que le personnel local
élabore des projets de recherche

et développement qui permettront la
maintenance à long terme de la technologie dans les laboratoires africains où
elle aura été implantée.


Les défis futurs concernant la production et l’adoption du manioc
transgénique en Afrique


Pour être appuyées et m
aintenues, les technologies doivent produire un
impact positif sur la société africaine. Cela rend les technologies d'agro
-
biotechnologie fortement dépendantes du développement d’une structure
nationale de biosécurité pour tester et mettre en œuvre les pro
duits de l’agro
-
biotechnologie dans les pays africains (Paarlberg, 2010). Le développement
de produits locaux, les avantages tangibles pour les agriculteurs, la méfiance
à l’égard du secteur privé et le cadre juridique sont des paramètres clés qui
influenc
ent l’adoption et le développement de l’agro
-
biotechnologie en Afrique
subsaharienne (Ezezika
et al
., 2012). Ainsi, le développement durable et
l’adoption du manioc transgénique en Afrique ne peuvent se produire si ces
paramètres sont négligés. Cela impliq
uera les points suivants

: (a) un
véritable transfert de technologie du manioc permettant aux chercheurs
africains de mettre au point des solutions et des produits locaux

; (b) le
développement
du

manioc transgénique privilégié par les agriculteurs, avec
d
es caractères améliorés bénéficiant aux agriculteurs et aux communautés
locales

; (c) une sélection soigneuse des partenariats de recherche et
développement entre secteurs public et privé associée à une perception
positive de la technologie au sein de la s
ociété

; (d) la création d’un cadre
réglementaire de biosécurité et d’un règlement sur les cultures génétiquement
modifiées (GM) par les responsables africains. La mise en œuvre simultanée
de ces activités devrait former le
modus operandi

pour surmonter l’
opposition
aux cultures GM et exploiter pleinement le potentiel du manioc GM en Afrique.
La première production par un laboratoire africain d’un cultivar de manioc
transgénique privilégié par l’industrie concernée (Chetty
et al
., 2012) devrait
ouvrir la vo
ie à l’autodétermination africaine dans la recherche sur la
biotechnologie du manioc.


Figure 2. Évaluation de la résistance aux virus du manioc transgénique
localement produit à Johannesburg (photo

: H. Vanderschuren)


Références

Bull, S.E., Owiti, J.A.
, Niklaus, M., Beeching, J.R., Gruissem, W. et
Vanderschuren, H. 2009.
Agrobacterium
-
mediated transformation of
friable embryogenic calli and regeneration of transgenic cassava
. Nature
Protocols
, 4: 1845
-
1854.

Bull, S.E., Ndunguru, J., Gruissem, W., Beechi
ng, J.R. et Vanderschuren, H.
2011. Cassava: constraints to production and the transfer of
biotechnology to African laboratories.
Plant Cell Reports
, 30: 779
-
787.

Ceballos, H., Iglesias, C.A., Perez, J.C. et Dixon, A.G.O. 2004. Cassava
breeding: opportunit
ies and challenges.
Plant Molecular Biology
, 56: 503
-
516.

Chetty, C.C., Rossin, C.B., Gruissem, W., Vanderschuren, H. et Rey, M.E.C.
Empowering biotechnology in southern Africa: Establishment of a robust
transformation platform for the production of transg
enic industry
-
preferred
cassava.
New Biotechnology
.

http://dx.doi.org/10.1016/j.nbt.2012.04.006

El
-
Sharkawy, M.A. 2004. Cassava biology and physiology.
Plant Molecular
Biology
, 53: 621
-
641.

Ezezik
a, O.C., Daar, A.S., Barber, K., Mabeya, J., Thomas, F., Deadman, J.
et
al
. 2012. Factors influencing agbiotech adoption and development in sub
-
Saharan Africa.
Nature Biotechnology,

30: 38
-
40.

FAOSTAT. 2012.
http://faostat.fao.org/

Fermont, A.M., van Asten
, P.J.A., Tittonel, l.P., van Wijk, M.T. et Giller, K.E.
2009. Closing the cassava yield gap: An analysis from smallholder farms
in East Africa.
Field Crops Research,

112: 24
-
36.

Jansson, C., Westerbergh, A., Zhang, J.M., Hu, X.W. et Sun, C.X. 2009.
Cassav
a, a potential biofuel crop in the People's Republic of China.
Applied Energy
, 86: S95
-
S99.

Li, H.Q., Sautter, C., Potrykus, I. et Puonti
-
Kaerlas, J. 1996. Genetic
transformation of cassava (
Manihot esculenta

Crantz).
Nature
Biotechnology
, 14: 736
-
740.

Liu
, J., Zheng, Q.J., Ma, Q.X., Gadidasu, K.K. et Zhang, P. 2011. Cassava
genetic transformation and its application in breeding.
Journal of
Integrative Plant Biology
, 53: 552
-
569.

Mbeki, T. 1998. On The African Renaissance, South Africa and the World.
Discou
rs prononcé à la United Nations University, Tokyo, 9 avril 1998.

http://www.info.gov.za/speeches/1998/98b17_5559811376.htm

Niklaus, M., Gruissem, W. et Vanderschuren, H. 2011. Effic
ient transformation
and regeneration of transgenic cassava using the neomycin
phosphotransferase gene as aminoglycoside resistance marker gene
. GM
Crops
, 2: 193
-
200.

Paarlberg, R. 2010. GMO foods and crops: Africa's choice.
New

Biotechnology
, 27: 609
-
613.

Rudi, N., Norton, G.W., Alwang, J. et Asumugha, G. 2010. Economic impact
analysis of marker
-
assisted breeding for resistance to pests and post
-

harvest deterioration in cassava.
African Journal of Agricultural and
Resource Economics
, 4: 110
-
122.

Sankhara,
T. 1987. Le front uni contre la dette. Discours prononcé à
l’Organisation de l'unité africaine (OUA), Addis
-
Abeba, 29 juilet 1987.

http://www.youtube.com/watch?v=3ZVoTcEEWpo

Sayre, R., Beeching, J.
R., Cahoon, E.B., Egesi, C., Fauquet, C., Fellman, J.
et al
. 2011. The BioCassava Plus Program: biofortification of cassava for
Sub
-
Saharan Africa.
Annual Review of Plant Biology,

62: 251
-
272.

Schopke, C., Taylor, N., Carcamo, R., Konan, N.K., Marmey, P.,
Henshaw,
G.G.
et al
. 1996. Regeneration of transgenic cassava plants (
Manihot
esculenta

Crantz) from microbombarded embryogenic suspension
cultures.
Nature Biotechnology
, 14: 731
-
735.

Sriroth, K., Piyachomkwan, K., Wanlapatit, S. et Nivitchanyong, S. 2010.

The
promise of a technology revolution in cassava bioethanol: from Thai
practice to the world practice.
Fuel,

89: 1333
-
1338.

Vasil, I.K. 1996. Milestones in crop biotechnology


transgenic cassava and
Agrobacterium
-
mediated transformation of maize.
Nature

Biotechnology
,
14: 702
-
703.