Une recherche révèle que Cry1Ab tue les ravageurs par deux voies ; accroître la durabilité des protéines antiparasitaires dans les cultures génétiquement modifiées

Une recherche révèle que Cry1Ab tue les ravageurs par deux voies ; accroître la durabilité des protéines antiparasitaires dans les cultures génétiquement modifiées

Université de l'Arizona*

Crédit : Pixabay/CC0 Public Domain

Dans des dizaines de pays, les agriculteurs ont adopté des cultures modifiées génétiquement pour produire des protéines issues de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) qui tuent certains ravageurs importants tout en étant sans danger pour l'homme et la faune. Bien que cette approche biotechnologique réduise la dépendance à l'égard des pulvérisations d'insecticides, offrant ainsi des avantages économiques et environnementaux, la résistance aux cultures Bt s'est développée chez au moins 11 espèces de ravageurs. Il est donc urgent de trouver des moyens efficaces pour lutter contre cette résistance des ravageurs.

Une étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences identifie une stratégie naturelle pour contrecarrer la résistance des ravageurs aux protéines Bt. Des chercheurs de l'Université de l'Arizona et de l'Université Agricole de Nanjing ont découvert qu'une protéine Bt tue l'un des ravageurs des cultures les plus nuisibles au monde par deux voies différentes.

« L'efficacité de la protéine est donc plus durable, car même si le ravageur bloque une voie, l'autre voie reste mortelle et le ravageur n'est pas résistant tant que les deux voies ne sont pas désarmées », explique M. Bruce Tabashnik, l'un des auteurs de l'étude et directeur du Département d'Entomologie de l'Université de l'Arizona.

Les enseignements tirés de la désactivation des récepteurs Bt chez la pyrale asiatique du maïs

Pour tuer les insectes nuisibles, les protéines Bt doivent être ingérées et se lier à des récepteurs spécifiques dans la paroi de l'intestin. L'homme et les autres animaux n'ayant pas de tels récepteurs, ils ne sont pas affectés par les protéines Bt. Mais comme pour les germes pathogènes et les antibiotiques, les parasites peuvent développer une résistance aux protéines Bt.

Le mécanisme le plus courant et le plus puissant de la résistance au Bt implique des changements dans les récepteurs qui réduisent ou éliminent leur liaison aux protéines Bt. Trois des récepteurs impliqués dans de nombreux cas de résistance au Bt sont des protéines intestinales appelées ABCC2, ABCC3 et cadhérine.

L'équipe de scientifiques a utilisé l'édition de gènes pour désactiver ABCC2, ABCC3 et cadhérine chez les chenilles de la pyrale asiatique du maïs (Ostrinia furnacalis), le principal ravageur du maïs en Chine et dans d'autres pays d'Asie.

Ils ont déterminé comment la désactivation des trois récepteurs, seuls ou par paires, affecte les réponses du ravageur aux protéines Bt Cry1Ab et Cry1Fa, largement utilisées dans le maïs Bt qui cible la pyrale du maïs et d'autres lépidoptères ravageurs.

Les chercheurs ont découvert que Cry1Ab tue les chenilles par deux voies toxiques différentes. L'une d'elles nécessite l'ABCC2, tandis que l'autre requiert la cadhérine et l'ABCC3. Cela signifie que si une mutation chez le parasite bloque une voie, l'autre voie peut encore porter un coup mortel. Ce n'est que lorsque les deux voies sont bloquées que le parasite devient résistant.

Ce « système de secours » pour Cry1Ab rend l'évolution de la résistance beaucoup plus difficile, car le parasite a besoin de mutations inactivant simultanément deux voies distinctes pour survivre.

Cry1Fa, en revanche, n'utilise qu'une seule voie, celle de l'ABCC2. Si cette voie est bloquée, le parasite survit à l'exposition à Cry1Fa. Ainsi, une seule mutation du parasite perturbant ABCC2 peut le rendre très résistant à Cry1Fa.

Pour vérifier les prédictions des résultats résumés ci-dessus, les scientifiques ont fait l'expérience inverse en modifiant une lignée cellulaire d'un autre lépidoptère ravageur (la chenille légionnaire d'automne) pour produire les récepteurs de la pyrale asiatique du maïs.

Les résultats obtenus avec les cellules modifiées confirment les conclusions tirées des chenilles dont les récepteurs sont désactivés. Par exemple, alors que les cellules non modifiées n'ont pas été tuées par Cry1Ab ou Cry1Fa, les cellules modifiées pour produire ABCC2 ont été tuées par les deux protéines Bt, ce qui confirme la conclusion selon laquelle ABCC2 offre une voie toxique pour ces deux protéines.

De même, les cellules modifiées pour produire la cadhérine et l'ABCC3 étaient sensibles à Cry1Ab mais pas à Cry1Fa. Comme on pouvait s'y attendre, cette modification a fourni la deuxième voie pour Cry1Ab, qui n'existe pas pour Cry1Fa.

Solution potentielle à un mystère concernant un ravageur important en Amérique du Nord et en Europe

Les nouveaux résultats obtenus avec la pyrale asiatique du maïs pourraient permettre d'élucider une tendance jusqu'ici inexpliquée observée chez son proche parent qui est un ravageur important en Amérique du Nord et en Europe, la pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis).

En laboratoire et sur le terrain, la pyrale du maïs a développé une résistance plus lente à Cry1Ab qu'à Cry1Fa. Par exemple, au Canada, la résistance pratique réduisant l'efficacité du maïs Bt contre ce ravageur dans les champs n'était pas visible après 21 ans d'exposition au maïs Bt produisant Cry1Ab, alors que la résistance pratique a été documentée pour la première fois après seulement 12 ans d'exposition au maïs Bt produisant Cry1Fa.

Une explication plausible est que, comme la pyrale asiatique du maïs, la pyrale du maïs européenne présente deux voies toxiques pour Cry1Ab mais une seule pour Cry1Fa. Cette idée pourrait être testée directement en menant le même type d'expériences avec la pyrale européenne du maïs que celles utilisées pour analyser la pyrale asiatique du maïs.

Implications pour l'amélioration de la durabilité

« La redondance fonctionnelle, c'est-à-dire l'utilisation de plusieurs voies toxiques par une seule protéine Bt, ne se limite pas à Cry1Ab et à la pyrale asiatique du maïs : elle se produit également avec d'autres protéines Bt et d'autres grands lépidoptères ravageurs », a relevé M. Tabashnik.

« Cette stratégie naturelle visant à retarder la résistance des ravageurs pourrait être exploitée pour améliorer la durabilité en recherchant des protéines Bt naturelles ou en concevant de nouvelles protéines Bt qui s'attaquent aux ravageurs par des voies multiples. »

Plus d'informations : Wu, Yidong et al., Functional redundancy in the toxic pathway of Bt protein Cry1Ab, but not Cry1Fa, against the Asian corn borer, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI : 10.1073/pnas.2503674122

Informations sur la revue : Proceedings of the National Academy of Sciences

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* Source : Study cracks code for increasing sustainability of pest-killing proteins in genetically engineered crops