DD1996-16 : Détermination de la sécurité environnementale de la lignée MS3 de maïs (Zea mays L.) androstérile, créée par Plant Genetic Systems Inc.

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Distribué : 1998-03

Le présent document vise à expliquer la décision réglementaire prise conformément à la directive Dir94-08, Critères d'évaluation du risque environnemental associé aux végétaux à caractères nouveaux, et au cahier parallèle Dir94-11, La biologie du Zea mays L.(maïs).

L'Agence canadienne d'inspection des aliments (ACIA), et plus précisément le Bureau de biotechnologie végétale de la Division des produits végétaux, avec la participation de l'Unité d'évaluation des risques phytosanitaires, a évalué les données présentées par la société Plant Genetic Systems Inc. (PGS) à l'égard de la lignée MS3 de maïs transgénique androstérile, qu'elle a mis au point aux fins d'un système d'hybridation nouveau pour le maïs, InVigor™. ACIA a établi que ce végétal à caractères nouveaux ne présente aucune interaction environnementale modifiée par rapport aux variétés de maïs déjà commercialisées.

La dissémination en milieu ouvert du maïs MS3 est par conséquent autorisée. Toute autre lignée et tout hybride intraspécifique de Zea mays qui seraient issus de la même transformation ou transformés avec la même construction génétique ainsi que tous leurs descendants peuvent également être disséminés, pourvu qu'aucun croisement interspécifique ne soit réalisé, que l'utilisation prévue soit semblable et qu'une caractérisation approfondie démontre que ces végétaux ne présentent aucun autre caractère nouveau et que les lignées qui en résultent sont essentiellement équivalentes, quant à leur impact possible sur l'environnement, aux variétés de maïs déjà cultivées.

Cependant, même si la détermination du risque environnemental associé à un végétal à caractères nouveaux constitue une étape critique de sa commercialisation, d'autres exigences doivent encore être satisfaites, dont l'enregistrement de la variété (ACIA) ainsi que l'évaluation de sa sécurité pour l'alimentation du bétail (ACIA) et la consommation humaine (Santé Canada).

Table des matières

  1. Brève identification du végétal à caractères nouveaux (VCN)
  2. Données de base
  3. Description des caractères nouveaux
    1. Androstérilité nucléaire
    2. Tolérance au glufosinate-ammonium
    3. Méthode de mise au point
    4. Stabilité de l'intégration au génome de la plante
  4. Critères d'évaluation du risque environnemental
    1. Possibilité que le VCN se comporte comme une mauvaise herbe pour l'agriculture ou envahisse les milieux naturels
    2. Possibilité de flux génétique vers des espèces sauvages apparentées risquant de produire des hybrides se comportant comme des mauvaises herbes ou possédant une plus grande capacité d'envahissement
    3. Possibilité que le VCN devienne nuisible
    4. Impact possible sur les organismes non visés
    5. Impact possible sur la biodiversité
  5. Décision réglementaire

I. Brève identification du végétal à caractères nouveaux (VCN)

Désignation des VCN : MS3; système InVigor™

Demandeur : Plant Genetic Systems Canada Inc. (PGS)

Espèce végétale : Maïs (Zea mays L.)

Caractères nouveaux : Androstérilité; tolérance au glufosinate-ammonium (herbicide)

Méthode d'introduction des caractères : Électroporation d'embryons immatures

Utilisation proposée des VCN : Production d'hybrides de Zea mays pour l'alimentation du bétail et la consommation humaine; la plante ne sera pas cultivée à l'extérieur des zones maïsicoles actuelles du Canada.

II. Données de base

La société Plant Genetic Systems Inc. a mis au point un système d'hybridation nouveau pour le maïs. Ce système fait appel à la lignée MS3, lignée androstérile qui ne produit pas de pollen viable et tolère le glufosinate-ammonium. Lorsque la MS3 est croisée avec une lignée autofécondée, les descendants sont tous des hybrides véritables. Même si seulement 50 % de ces hybrides sont androstériles et tolèrent l'herbicide, tous les sujets de chaque peuplement devraient être bien pollinisés et produire des graines. En effet, chez le maïs, la fécondation croisée est efficace : la plante est pollinisée par le vent, et les sujets fertiles produisent beaucoup de pollen. Le gène conférant l'androstérilité à la MS3 est celui-là même que renferment les lignées de canola (Brassica napus) MS1 et MS8, dont la dissémination en milieu ouvert a déjà été autorisée les 28 avril 1995 et 21 octobre 1996 tel qu'expliqué dans les Documents de décisions DD95-04 et DD96-17.

La mise au point de la lignée MS3 repose sur la technologie de l'ADN recombinant : on a introduit des gènes bactériens dans la lignée autofécondée H99 de Zea mays. L'androstérilité nucléaire du végétal résulte de la production d'une ARNase, la barnase, dans une couche de cellules précise de l'anthère, à un stade particulier du développement de celle-ci. La tolérance à l'herbicide glufosinate-ammonium résulte de l'expression d'un gène codant l'enzyme phosphinothricine acétyltransférase, qui inactive l'herbicide par acétylation. Cette tolérance a été introduite chez le végétal aux fins de la sélection au champ, en vue d'obtenir 100 % de graines hybrides.

La lignée MS3 n'a pas été mise à l'essai en milieu fermé au Canada. Elle fait cependant l'objet d'essais depuis 1992 aux États-Unis (Iowa, Illinois et Hawaï), en Belgique, en France, au Chili et en Argentine.

La société PGS a fourni des données sur l'identité de la lignée MS3 : description détaillée de la méthode de modification; données et renseignements sur les séquences d'ADN insérées et le site d'insertion des gènes, sur le rôle des gènes introduits et des séquences régulatrices chez les organismes donneurs; caractérisation moléculaire de ces gènes et de ces séquences régulatrices; séquences nucléotidiques.

Les protéines nouvelles ont été identifiées et caractérisées, notamment en ce qui concerne leur mode d'activité, leur degré d'expression dans le végétal, leur toxicité potentielle pour les organismes non visés et leur pouvoir allergène. La société PGS a aussi fourni un certain nombre de publications scientifiques pertinentes.

Des caractéristiques agronomiques telles que le taux de germination, la vigueur végétative, la précocité de maturation, la précocité de floraison mâle, la précocité et le processus de floraison femelle, l'aspect des inflorescences femelles, la grenaison, la taille et la forme des graines, la taille des épis ainsi que les paramètres de rendement ont été comparées aux caractéristiques observées chez des contreparties non modifiées de Zea mays. On a également évalué le degré d'adaptation du végétal au stress, y compris sa sensibilité à divers ravageurs et pathogènes s'attaquant au maïs, dans les conditions de culture normales, ainsi que sa sensibilité à des herbicides autres que le glufosinate-ammonium.

Le Bureau de biotechnologie végétale l'Agence canadienne d'inspection des aliments (ACIA) a examiné les renseignements susmentionnés en fonction des critères suivants, énoncés dans la directive de réglementation Dir94-08 sur l'évaluation du risque environnemental associé aux végétaux à caractères nouveaux :

  • possibilité que le VCN se comporte comme une mauvaise herbe pour l'agriculture ou envahisse les milieux naturels;
  • possibilité de flux génétique vers des espèces sauvages apparentées risquant de produire des hybrides se comportant comme des mauvaises herbes ou possédant une plus grande capacité d'envahissement;
  • possibilité que le VCN devienne nuisible;
  • impact possible du VCN ou de ses produits géniques sur des espèces non visées, y compris l'être humain;
  • impact possible sur la biodiversité.

III. Description des caractères nouveaux

1. Androstérilité nucléaire

  • Le gène conférant l'androstérilité code la ribonucléase (ARNase) barnase. L'androstérilité résulte de la production de cette enzyme dans le tapetum, une des assises de l'anthère, à une étape particulière du développement de cette dernière. L'ARNase agit sur la production d'ARN, ce qui perturbe le fonctionnement normal des cellules et bloque le développement de l'anthère à un stade peu avancé.
  • Le gène est lié à un promoteur propre à l'anthère. L'enzyme n'a été détectée que durant les premières étapes du développement du tapetum. Elle n'a pas été détectée dans les autres tissus étudiés : feuilles, grains immatures, racines, graines sèches et graines en germination.
  • La société PGS a fourni la séquence nucléotidique complète du gène. L'enzyme barnase est une petite protéine composée d'un seul domaine et ne refermant aucun lien disulfure, aucun ion métallique cofacteur et aucun autre élément non peptidique. Exposée à la chaleur, l'enzyme se déplie complètement et devient inactive. Une analyse comparative de la séquence d'acides aminés de l'enzyme, au moyen de l'algorithme FASTDB d'Intelligenetics, n'a permis de relever aucune homologie appréciable avec les autres protéines répertoriées dans trois bases de données de séquences polypeptidiques, si ce n'est avec les ribonucléases provenant d'autres bacilles. Aucune ressemblance avec des produits potentiellement toxiques ou allergènes n'a été observée.
  • Le gène barnase a été isolé chez le Bacillus amyloliquefaciens, bactérie commune dans le sol souvent utilisée comme source d'enzymes industrielles. L'enzyme est donc naturellement présente dans le sol. De manière générale, les ribonucléases se rencontrent fréquemment dans divers végétaux et diverses bactéries.
  • Le gène et les séquences régulatrices qui lui sont associées sont les mêmes que ceux des lignées MS1 et MS8 de canola (Brassica napus), dont la dissémination en milieu ouvert a été autorisée par ACIA les 28 avril 1995 (DD95-04) et 21 octobre 1996 (DD96-17).

2. Tolérance au glufosinate-ammonium

  • La phosphinothricine (L-PPT), ingrédient actif de l'herbicide glufosinate-ammonium, inhibe la glutamine synthétase, ce qui provoque l'accumulation de concentrations létales d'ammoniaque chez les plantes sensibles, dans les quelques heures suivant l'application de l'herbicide.
  • Le gène de la tolérance à la phosphinothricine inséré dans le génome de la lignée MS3 code la phosphinothricine acétyltransférase (PAT). Cette enzyme détoxifie la phosphinothricine par acétylation et en fait un composé inactif. Elle présente une spécificité extrêmement élevée à l'égard de la L-PPT et de la diméthylphosphinothricine (DMPT). Elle ne peut acétyler l'acide L-glutamique (analogue de la L-PPT), ni la D-PPT, ni aucun acide aminé protéinique.
  • Le degré d'expression du gène dans le végétal a été estimé à partir de la quantification de l'ARN : 0,05 pg/µg d'ARN a ainsi été détecté dans les grains immatures et dans les feuilles, alors qu'aucune quantité mesurable n'était présente dans les racines, les graines sèches et les graines en germination. Une analyse spectrophotométrique n'a révélé aucun signe de la présence de PAT dans les grains de MS3.
  • Le gène a été isolé chez un actinomycète aérobie du sol, le Streptomyces hygroscopicus. L'enzyme PAT est donc présente à l'état naturel dans le sol. De manière générale, les acétyltransférases sont omniprésentes dans la nature.
  • Une séquence d'origine végétale codant un peptide de transport vers les chloroplastes a été introduite avec le gène. Ce peptide permet aux chloroplastes d'importer plus facilement l'enzyme qui vient d'être produite.
  • Une analyse comparative de la séquence d'acides aminés de l'enzyme, au moyen de l'algorithme FASTDB d'Intelligenetics, n'a permis de relever aucune homologie appréciable avec les autres protéines répertoriées dans trois bases de données de séquences polypeptidiques, si ce n'est avec les PAT provenant d'autres organismes. Aucune ressemblance avec des produits potentiellement toxiques ou allergènes n'a été observée.

3. Méthode de mise au point

  • La lignée autofécondée H99 de Zea mays a été transformée par électroporation d'embryons immatures en présence d'une préparation de plasmides linéarisés. Un de ces plasmides était porteur des gènes conférant l'androstérilité et la tolérance à l'herbicide, tandis que l'autre, appelé plasmide auxiliaire, était porteur de gènes utiles durant la mise au point du végétal (dont un gène marqueur bactérien non exprimé chez les végétaux).

4. Stabilité de l'intégration au génome de la plante

  • D'après les données fournies, il y a eu insertion de trois copies du plasmide porteur des gènes recherchés et d'une copie partielle du plasmide auxiliaire, et l'insertion s'est faite en un seul site. Aucune des séquences de codage du plasmide auxiliaire ne s'expriment chez la lignée MS3.
  • La ségrégation des caractères s'est opérée de façon prévisible durant les six générations observées. La transformation a donc eu pour résultat l'insertion à un seul locus dominant.
  • Des comparaisons entre le végétal transgénique original et les descendants des quatrième et sixième générations n'ont révélé aucun changement quant à l'insertion du gène.

IV. Critères d'évaluation du risque environnemental

1. Possibilité que le VCN se comporte comme une mauvaise herbe pour l'agriculture ou envahisse les milieux naturels

L'Agence canadienne d'inspection des aliments a évalué les données présentées par la société PGS sur la biologie de reproduction et de survie de la lignée MS3 et des hybrides qui en sont issus et a conclu que la vigueur végétative, la période de floraison, la précocité de maturation, la production de graines ainsi que la sensibilité aux insectes et aux maladies se situaient dans les limites normales de l'expression de ces caractères chez les contreparties non modifiées de Zea mays. On n'a ajouté à la lignée MS3 aucun gène visant spécifiquement à accroître sa tolérance au froid ou sa capacité de survie hivernale. Étant donné la caractérisation moléculaire des végétaux et leur rendement agronomique, ACIA convient avec la société PGS qu'il n'existe aucune raison de croire que la lignée MS3 aurait avec l'environnement des interactions différentes de celles des contreparties de maïs non modifiées.

La biologie du Zea mays, décrite dans le document Dir94-11, montre que les plants non modifiés de cette espèce n'envahissent pas les milieux naturels au Canada. En effet, le maïs ne risque pas de se comporter en mauvaise herbe, en raison de caractères comme l'indéhiscence de l'épi, l'absence de dormance chez la graine et la capacité compétitive médiocre de la plantule. Or, d'après l'information fournie par PGS, on peut conclure que la lignée MS3 ne diffère pas de sa contrepartie sous ce rapport. Aucun avantage compétitif n'a été conféré aux sujets tolérant le glufosinate-ammonium, outre cette tolérance. Or, celle-ci ne peut en elle-même faire que la plante se comporte en mauvaise herbe ou envahisse les milieux naturels, puisqu'aucun caractère ayant trait à la reproduction ou à la croissance n'a été modifié. De plus, comme le glufosinate-ammonium n'est pas employé dans les cycles normaux de rotation, la tolérance à cet herbicide ne rendra pas le maïs nuisible aux autres cultures. D'ailleurs, les plants spontanés de maïs tolérant le glufosinate-ammonium sont faciles à éliminer par des méthodes mécaniques ou au moyen d'autres herbicides disponibles.

REMARQUE : Comme préoccupation à plus long terme, il faut citer, en cas d'adoption généralisée de plusieurs systèmes différents de culture et de lutte contre les mauvaises herbes à l'aide d'herbicides spécifiques, l'apparition éventuelle de plants spontanés présentant des résistances nouvelles à divers herbicides. Ce phénomène pourrait compromettre l'utilité actuelle et les avantages potentiels de ces herbicides. Ainsi, certaines variétés de canola (Brassica napus) ayant subi une modification leur conférant une tolérance au glufosinate-ammonium sont déjà enregistrées au Canada. Si des variétés de canola et de maïs tolérant le glufosinate-ammonium étaient cultivées en rotation, les plants spontanés de ces espèces ne pourraient être détruits au moyen de cet herbicide. Le personnel de vulgarisation agricole des secteurs public et privé doit donc promouvoir des pratiques de gestion prudentes auprès des agriculteurs qui font appel à l'une ou l'autre de ces cultures tolérantes.

À la lumière de ces considérations et du fait que les caractères nouveaux n'ont pas pour objet de rendre le maïs MS3 nuisible ou envahissant, ACIA conclut que ce VCN ne risque pas plus de se comporter en mauvaise herbe ou de devenir envahissant que les variétés de maïs actuellement commercialisées.

2. Possibilité de flux génétique vers des espèces sauvages apparentées risquant de produire des hybrides se comportant comme des mauvaises herbes ou possédant une plus grande capacité d'envahissement

Selon le document Dir94-11, décrivant la biologie du maïs, il n'existe au Canada aucune espèce sauvage apparentée s'hybridant naturellement avec le Zea mays.

En conséquence, ACIA conclut qu'un flux génétique depuis la lignée MS3 vers des espèces apparentées ne peut se produire au Canada.

3. Possibilité que le VCN devienne nuisible

L'effet recherché au moyen des caractères nouveaux est sans rapport avec la capacité du VCN à devenir une mauvaise herbe, et le Zea mays n'est pas considéré au Canada comme une espèce nuisible (Dir 94-11). De plus, les caractéristiques agronomiques de la lignée MS3 et des hybrides qui en dérivent se sont révélées conformes à la gamme des valeurs observées chez les variétés de Zea mays actuellement commercialisées. On peut donc conclure que le mode de croissance du maïs n'a pas été modifié par inadvertance.

Par conséquent, ACIA estime que la lignée MS3 ne présente pas de risque accru de devenir un végétal nuisible.

4. Impact possible sur les organismes non visés

L'enzyme PAT est rapidement inactivée dans les sucs gastriques et intestinaux des mammifères, par dégradation enzymatique et protéolyse acide. Elle ne présente aucune stabilité protéolytique ou thermique. Une recherche dans des bases de données de séquences polypeptidiques n'a révélé aucune homologie significative avec les toxines ou allergènes connus qui sont répertoriés dans ces bases de données.

Compte tenu de ce qui précède et des propriétés agronomiques de la lignée MS3 et des hybrides qui en sont issus, ACIA conclut que la dissémination de la lignée en milieu ouvert n'aurait pas sur les organismes ayant des interactions avec le Zea mays, y compris l'être humain, d'autres effets que ceux observés chez les contreparties déjà commercialisées.

5. Impact possible sur la biodiversité

La lignée MS3 ne possède aucun caractère phénotypique nouveau qui pourrait en étendre l'utilisation au-delà des zones maïsicoles canadiennes actuelles. Comme au Canada le maïs ne s'hybride avec aucune espèce sauvage apparentée, aucun caractère nouveau ne sera transféré dans les milieux naturels.

ACIA conclut donc que l'effet possible de ces maïs sur la biodiversité est équivalent à celui des variétés de maïs actuellement commercialisées.

V. Décision réglementaire

Après examen des données et des renseignements présentés par la société PGS, ACIA conclut que les gènes nouveaux, les produits géniques qui en résultent et les caractères nouveaux qui leur sont associés ne confèrent à la lignée MS3 aucun avantage écologique voulu ou non voulu.

Si jamais la société PGS prenait connaissance d'un risque pour l'environnement ou pour la santé des humains ou des animaux pouvant découler de la dissémination de ce végétal, au Canada ou ailleurs, elle devra en informer immédiatement ACIA. À la lumière de ces faits nouveaux, ACIA pourra réévaluer l'incidence possible de la dissémination et, le cas échéant, modifier sa décision.

La dissémination en milieu ouvert du maïs MS3 est par conséquent autorisée. Toute autre lignée et tout hybride intraspécifique de Zea mays qui seraient issus de la même transformation ou transformés avec la même construction génétique ainsi que tous leurs descendants peuvent également être disséminés, pourvu qu'aucun croisement interspécifique ne soit réalisé, que l'utilisation prévue soit semblable et qu'une caractérisation approfondie démontre que ces végétaux ne présentent aucun autre caractère nouveau et que les lignées qui en résultent sont essentiellement équivalentes, quant à leur impact possible sur l'environnement, aux variétés de maïs déjà cultivées.

Cependant, même si la détermination du risque environnemental associé à un végétal à caractères nouveaux constitue une étape critique de sa commercialisation, d'autres exigences doivent encore être satisfaites, dont l'enregistrement de la variété (ACIA) ainsi que l'évaluation de sa sécurité pour l'alimentation du bétail (ACIA) et la consommation humaine (Santé Canada).

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