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Renforcer la biotechnologie en Afrique par un transfert de technologie efficace : la réussite de la biotechnologie du manioc

Author: Hervé Vanderschuren, Laboratoire de biotechnologies végétales, Département de biologie, ETH de Zurich, 8092 Zurich, Suisse

Date: 11/07/2012

Introduction:

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’amélioration 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 moléculaires 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 privilégiés par les agriculteurs.


 

Renforcer la biotechnologie en Afrique par un transfert de technologie efficace : la réussite de la biotechnologie du manioc

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Hervé Vanderschuren, Laboratoire de biotechnologies végétales, Département de biologie, ETH de Zurich, 8092 Zurich, Suisse. Courriel : hvanderschuren [at] ethz [dot] ch

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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 africain 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 (Fermont 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’amélioration 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 moléculaires 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 privilégiés 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 du 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 premier 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, récalcitrant 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 souligné 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 en 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 transgéniques 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 milieu 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 une 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 cultures 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 transformation 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 transformation 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 surtout 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 procéder 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 privilégiés 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’efficacité 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 chercheurs 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 adapter 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 génétique 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 pratiquée. 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 Central 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.

Figure 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 Afrique 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 des 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 maintenues, 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 produits 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 influencent 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 impliquera 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 des 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 société ; (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 voie 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

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Bull, S.E., Ndunguru, J., Gruissem, W., Beeching, 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: opportunities 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 transgenic 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.

 

Ezezika, 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. Cassava, 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. Discours 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. Efficient 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. NewBiotechnology, 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.

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