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PGM 2020
Table des matières
I. Historique ................................................................ 2
II. Organisme génétiquement modifié ......................... 2
III.La domestication des plantes ................................... 3
IV.Techniques de transformation génétiques .............. 4
V. Utilisations des plantes transgéniques .................... 8
VI.Plantes génétiquement modifiés de 1980 à 2020 . 10
VII. CONCLUSION ....................................................... 14
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I.
Historique
Depuis les tout débuts de l'agriculture, les agriculteurs tirent parti des
différences génétiques entre les plantes. Autrefois, ils choisissaient et cultivaient les
variétés de blé ou de maïs qui résistaient le mieux aux maladies, aux parasites ou
aux écarts de température, ou encore qui donnaient une meilleure récolte ou de
meilleurs produits. Les variétés vulnérables aux maladies ou qui donnaient une
récolte de moindre qualité étaient rejetées. Les caractéristiques de rendement et de
qualité peuvent être attribuées à l'expression d'un gène. Comme les agriculteurs ont
cultivé les plantes possédant les caractéristiques souhaitées, certains gènes
désirables sont devenus plus abondants que les indésirables. Jusqu'à récemment,
ce processus de sélection des plantes possédant les caractéristiques génétiques
optimales nécessitait des années de culture et de croisement. À l'aide de la
biotechnologie, les scientifiques peuvent maintenant mettre au point plus rapidement
et à moindres frais des cultures ayant les caractéristiques souhaitées en identifiant le
gène désiré dans une autre plante (ou animal ou microorganisme) et en l'intégrant
dans le génome de la plante receveuse, créant ainsi une plante transgénique.
Parfois, on utilise un gène d'une autre plante de la même espèce, mais la plupart des
plantes transgéniques comportent des gènes provenant d'autres espèces.
II.
Organisme génétiquement modifié
Un Organisme Génétiquement Modifié (OGM) est un organisme dans lequel
on a introduit artificiellement un ou plusieurs gènes, soit inconnus de l'espèce à
laquelle appartient cet organisme, soit appartenant à l'espèce mais ayant subi
plusieurs manipulations génétiques. L'introduction de ces gènes conduit à la
production de protéines qui attribuent de nouveaux caractères à l'organisme
génétiquement modifié.
Généralement c est une insertions volontaires, dans le génome d’une cellule,
d’ADN préalablement recombiné in vitro, analysé, vérifié, choisi et amplifié par les
techniques dites de biologie moléculaire. L’organisme qui résultera des divisions
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successives de cette première cellule transformée sera qualifié de "génétiquement
modifié", voire "génétiquement manipulé", de même que toute sa descendance
comportant le(s) transgène(s).
L’intérêt des OGM se trouve dans les propriétés que nous pouvons leur
apporter et qui visent à améliorer par exemple la culture d’une plante, ou ses qualités
nutritives. Les gènes les plus souvent présents chez les OGM sont généralement de
résister à un antibiotique, ou a un toxine.
III. La domestication des plantes
L’homme fait de l’amélioration des plantes depuis que l’agriculture existe. il
semblerait effectivement que l’Homme ait toujours essayé de conserver les
semences des meilleures plantes pour des semailles ultérieures. Sans le savoir, nos
ancêtres pratiquaient ce que l’on appelle maintenant la sélection massale.
L’Homme a réussi à domestiquer les principales plantes cultivées à l’heure
actuelle en transformant des plantes parfaitement adaptées au milieu naturel en
plantes utiles pour lui mais souvent aussi, incapables de survivre seules.
Les changements morphologiques peuvent être importants comme l’illustre
parfaitement le passage de la téosinte au maïs. Dans le cas des espèces potagères,
les caractères touchés par la domestication sont très divers : augmentation de la
taille des organes récoltés (potiron, tomate, chou-fleur,…), élimination de substances
toxiques ou antinutritionnelles (chez la tomate, l’aubergine,…) ou amélioration des
qualités organoleptiques (suppression des poils, du latex et de l’amertume de la
laitue, réduction des phénylacétamines, des substances nauséeuses de la
tomate,…).
Les généticiens et biologistes moléculaires qui se sont intéressés aux
modifications génétiques occasionnées durant la domestication ont montré que le
nombre de gènes impliqués est très faible. Beadle montrait en 1980 que la
modification de moins de 10 gènes permet d’expliquer l’évolution de la téosinte au
maïs. Aujourd’hui, bon nombre des gènes impliqués dans la domestication ont été
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clonés et analysés. Un résultat plutôt inattendu a été que dans certains cas, comme
le gène de tomate Fw2.2 impliqué dans la taille du fruit, ce n’était pas les gènes en
eux même qui avaient été mutés mais leurs séquences régulatrices.
Bien que les modifications au niveau génétique soient souvent mineures, la
domestication des plantes apparaît comme une étape déterminante de la
modification des espèces. Une question importante est de dater les premières
domestications de plantes par rapport à la sédentarisation de
L’Homme dont les premières traces remontent à plus de 10 000 ans.
IV. Techniques de transformation génétiques
Le fragment d'ADN comportant le nouveau gène doit s'intégrer dans le
patrimoine génétique d'une cellule, laquelle doit se multiplier et grâce au phénomène
de différenciation conduire à un organisme entier portant le(s) transgène(s) dans
toutes ses cellules, et pouvant le(s) transmettre à sa descendance comme tous ses
autres gènes.
A.
Les techniques de génie génétiques classique
1.
Transgénèse
Les premières plantes transgéniques ont été cultivées commercialement aux
Etats-Unis il y a 20 ans.
Les plantes auxquelles sont transférés un ou plusieurs gènes provenant d’un
ou plusieurs organismes d’une espèce différente sont décrites comme transgéniques
(trans = au-delà ). Aujourd’hui, ces plantes sont cultivées dans 28 pays à travers le
monde. Elles possèdent pour la plupart deux propriétés: soit elles sont résistantes à
un herbicide, soit elles produisent une toxine qui tue les insectes nuisibles ou les
deux à la fois. Le maïs, le colza, le soja et le coton représentent les 99% des cultures
commerciales GM.
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2.
Cisgenese
Dans les plantes cisgéniques ( cis = du même côté ), le gène inséré provient
de la même espèce ou du même genre de plante. C’est la seule différence entre la
cisgenèse et la transgénèse conventionnelle. Une plante cisgénique est produite en
éprouvette («in vitro») avec les mêmes technologies de transformation ( vecteurs,
canon à gènes) qu’une plante transgénique.
Ces
techniques
sont
invasives
pour
le
génome
et
provoque
des
réarrangements génomiques. La construction génétique ajoutée dans la plante est
intégrée à un endroit aléatoire dans le génome. Ceci nécessite une évaluation
rigoureuse des effets secondaires.
B.
Les nouvelles techniques de génie génétiques
1.
L’interférence à ARN (ARNi)
Ce processus est une composante naturelle essentielle du système de
défense des plantes. Il sert à la plante pour reconnaître et détruire l’ARN étranger.
L’interférence à ARN est activée lorsqu’une cellule détecte un ARN double brin
(ARNdb), par exemple un virus, qui ne se trouve pas normalement dans les cellules
végétales et animales. L’effet net de l’interférence à ARN est de réduire au silence
(éteindre) l’expression des gènes viraux et, donc, de bloquer la multiplication du
virus.
Ce mécanisme naturel peut être détourné. Si un ARNdb synthétique est introduit
artificiellement dans la cellule, l’expression du gène correspondant est bloquée. Il n’y
a théoriquement pas de limite au nombre de gènes dont l’expression peut être
bloquée simultanément par cette technologie.
Les ARN interférents (ARNi) sont des ARN qui interagissent avec les ARNm
pour empêcher la synthèse de la protéine correspondante :
-les micros-ARN, codés naturellement par notre ADN pour contrôler
l’expression d’autres gènes de notre génome
-les Small Interfering RNA ou siRNA qui sont introduits artificiellement dans les
cellules.
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Si on connait la séquence des nucléotides de l’ARN messager qui code pour
une protéine qui nous intéresse, on peut synthétiser un siRNA capable de s’hybrider
avec cette séquence et l’introduire dans la cellule. On peut ainsi empêcher la
synthèse de la protéine normalement traduite à partir de l’ARN messager.
Le procédé est utilisé en agriculture pour diverses applications, par exemple,
lutter contre les virus ou les insectes ravageurs et modifier les qualités nutritionnelles
et l’aspect des fruits. Certaines applications sont déjà commercialisées. Les plantes
peuvent être manipulées par interférence à ARN pour éliminer des caractères
indésirables. Par exemple, les pommes «Arctic Apples» et les pommes de terre
«Innate» ne brunissent plus lorsqu’on les coupe en tranches. Des recherches sont
en cours pour modifier la composition nutritionnelle de nombreuses autres plantes,
comme le café sans caféine ou les arachides sans allergènes. Aux États-Unis, la
première utilisation de l’interférence à ARN dans le maïs a été autorisée par l’Agence
de protection de l’environnement.
2.
Agrobacterium tumefaciens
Souvent employée pour créer des plantes transgéniques comme des tomates
ou du soja, cette méthode utilise une bactérie de plante appelée Agrobacterium
tumefaciens. Celle-ci renferme un plasmide, appelé plasmideTi, qui s'intègre en
partie dans l'ADN de la cellule de la plante au moment de l'infection. Cette bactérie,
capable d'insérer du nouvel ADN dans la cellule de la plante hôte est un
manipulateur génétique naturel. Les biotechnologues modifient le plasmide Ti pour le
doter du gène qu'ils souhaitent intégrer dans la cellule de la plante. Le plasmide est
ensuite réintroduit dans la cellule bactérienne. Lorsque cette bactérie infecte une
cellule de plante, le nouveau gène s'intègre dans le génome de la cellule de la
plante. La cellule modifiée de la plante peut ensuite se transformer en une plante
complète, qui contiendra le nouvel ADN dans toutes ses cellules.
3.
BIOTECHNOLOGIE
La biolistique
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On appelle parfois " fusil génétique " le Système biolistique d'introduction des
particules. Le fusil propulse de minuscules particules d'or ou de tungsten (d'un
diamètre de 1Fm) recouvertes d'ADN dans le tissu de la plante. Les particules
pénètrent dans la cellule à travers la paroi cellulaire rigide de nombreuses cellules de
la plante présentes dans le tissu, et y libèrent l'ADN contenant les gènes recherchés.
Les cellules qui intègrent le nouvel ADN dans leur génome sont sélectionnées et
donnent naissance à des plantes transgéniques adultes.
4.
Eléctroporation
Normalement, l'incubation de l'ADN dans une solution comprenant des
cellules de plantes ne suffit pas pour que celles-ci absorbent l'ADN, parce que
chaque cellule de plante est entourée d'une membrane cellulaire et d'une paroi
cellulaire, qui font obstacle à la pénétration de l'ADN. Toutefois, lorsqu'on applique
de courtes décharges électriques de forte intensité aux protoplasmes de la cellule de
la plante, de petits pores se forment dans la membrane cellulaire. Ces pores sont
suffisamment grands pour permettre à l'ADN de la solution de pénétrer dans la
cellule. Après les décharges, les pores se referment, piégeant le nouvel ADN dans la
cellule. Un petit nombre des cellules de la solution non seulement absorberont l'ADN,
mais l'intégreront dans leur génome. Ces cellules sont sélectionnées et donnent
naissance à des plantes transgéniques exprimant le gène recherché.
5.
La micro-injection
Cette méthode est également employée pour produire des cellules animales
transgéniques. L'ADN est d'abord incubé avec des liposomes. Les liposomes sont de
petites vésicules creuses de molécules lipidiques capables de transporter de l'ADN
en leur sein. Lorsque les liposomes sont incubés avec de l'ADN dans des conditions
particulières, l'ADN est absorbé. On appelle lipoplexes les liposomes contenant de
l'ADN plasmidique. Les lipoplexes sont ensuite injectés dans une cellule de plante,
introduisant ainsi le nouvel ADN dans cette cellule. Si le nouvel ADN est intégré au
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génome de la cellule, celle-ci peut donner naissance à la plante transgénique
recherchée.
V. Utilisations des plantes transgéniques
Les plantes transgéniques peuvent servir à diverses applications. Certaines
sont présentées ci-après sous quatre catégories : qualités du produit, accroissement
du rendement, production de plantes résistantes aux parasites et aux maladies et
production de médicaments.
A.
Qualités du produit
On a inséré dans des plantes de tomates des gènes qui retardent le
mûrissement et le ramollissement de la tomate. Par conséquent, ces tomates ont une
plus longue durée de conservation à l'étalage et on réduit le gaspillage. D'autres
plantes ont été manipulées génétiquement afin de donner des aliments plus sains.
Des lignées de colza canola et de soja, par exemple, ont été génétiquement
modifiées afin de renfermer des concentrations et des types de gras plus sains. La
teneur en acides aminés du maïs et du soja a été améliorée, et on a manipulé
certaines pommes de terre pour qu'elles renferment une plus grande teneur en
amidon.
Par ailleurs, trois génomes sont actuellement à l'étude afin de déterminer les
rôles de milliers de gènes responsables de diverses caractéristiques des arbres. On
prévoit que les résultats de ces recherches permettront aux biologistes de créer des
arbres génétiquement modifiés qui grandiront plus vite ou produiront un bois de
qualité supérieure.
L'enlèvement de la lignine constitue l'étape la plus difficile du processus de
production de pâtes et papiers. Les arbres, qui poussent maintenant sur des terrains
d'essai en Uruguay et au Chili, renfermeront de la lignine plus facile à enlever.
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B.
Accroissement du rendement
Les plantes capables de résister aux variations climatiques ont davantage
tendance à donner un meilleur rendement lorsque le climat est mauvaise. En
modifiant les facteurs de choc thermique (les facteurs de choc thermique permettent
aux protéines mal enroulées de reprendre leur forme adéquate lorsqu'elles sont
endommagées par des températures élevées pendant les étés chauds), les
généticiens ont réussi tout récemment à créer des plantes Arabidopsis thaliana
tolérantes à la chaleur.
On a constaté que ces plantes modifiées génétiquement étaient plus robustes,
toléraient généralement mieux les sols salés, les températures chaudes et froides et
la sécheresse. Comme les cultures ont des facteurs de choc de chaleur similaires,
des modifications similaires pourraient peut-être donner lieu à de nouvelles cultures
capables de produire un meilleur rendement pendant les saisons exceptionnellement
chaudes, sèches ou froides.
En automne, les plantes expulsent généralement des protéines utiles de leurs
feuilles pour les entreposer dans leurs semences ou dans leur tronc ou branches (ce
qui provoque le changement de couleur) avant de laisser tomber les feuilles. Ce
processus s'amorce lorsque les gènes des plantes produisant des enzymes
particuliers sont « activés ». Pour empêcher ces enzymes d'arrêter la production de
la plante, des scientifiques ont ajouté un gène qui s'active en même temps que les
gènes responsables de l'arrêt de la production. Ce nouveau gène produit un enzyme
qui fabrique une hormone appelée cytokinine. La cytokinine encourage les feuilles à
rester vertes. La présence de cytokinine invalide le message d'arrêt, et garde les
feuilles vertes pendant une bonne partie de l'automne, prolongeant ainsi la saison de
croissance de la plante.
C.
Production de plantes résistantes aux parasites et aux maladies
La protection des cultures contre des agents pathogènes comme des
insectes, des virus et des champignons a toujours été un grand problème pour les
agriculteurs. Souvent, on tient les parasites à distance en pulvérisant sur les cultures
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des pesticides chimiques, dont certains se sont révélés nocifs pour l'environnement.
La biotechnologie offre des solutions nouvelles et écologiques pour venir à bout de
ces parasites.
VI. Plantes génétiquement modifiés de 1980 à 2020
A.
1983 - Première modification génétique d'une plante (tabac)
L'Américaine Mary-Dell Chilton et les deux Belges Jeff Schell et Marc van
Montagu ont été les premiers à réussir en 1983 la modification génétique d'une
plante de tabac. Ils ont utilisé la bactérie Agrobacterium tumefaciens pour le transfert
génétique. Cette bactérie possède un petit anneau d'ADN (plasmide) par lequel elle
introduit une séquence spécifique (ADN-T) dans une cellule végétale affaiblie
aussitôt qu'elle entre en contact avec elle. Les ingénieurs en génétique se sont servis
de cette propriété: ils ont découpé une partie d'ADN-T du plasmide et l'ont remplacé
par le gène étranger. Au contact des cellules de tabac, la bactérie introduit le gène
étranger. De nouvelles plantes de tabac se développent à partir de ces cellules de
tabac génétiquement modifiées. Celles-ci contiennent le nouveau gène dans leurs
cellules
et
produisent
souris transgénique (voir
la
protéine
sous
1981),
correspondante.
les
plantes
Comme
issues
des
chez
la
générations
suivantes héritent de ce gène.
B.
1986 - Premiers essais en plein champ d'une plante
génétiquement modifiée
Avant d'arriver à un essai en plein champ avec des plantes génétiquement
modifiées, on a passé des années à une vérification intensive en laboratoire et en
serre. Une fois qu'une plante a réussi tous les tests, on procède à la plantation en
plein air, d'abord sur de petites parcelles, ensuite dans des champs plus grands.
C'est seulement alors qu'on peut montrer si une propriété nouvellement apportée à la
plante, comme par exemple la résistance aux champignons, se maintient dans les
conditions complexes de la nature. En 1986, on a procédé aux États-Unis aux
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premiers essais en plein champ avec des plantes transgéniques résistant aux
insectes, aux bactéries et aux virus. Entre-temps, on a mené dans le monde entier
plus de 25'000 essais en plein champ avec des plantes transgéniques.
C.
Autorisation du premier aliment génétiquement modifié (tomate).
Grâce au génie génétique, on peut transférer des gènes individuels sur l'ADN
des plantes et les munir par là d'une nouvelle propriété, comme par exemple
la résistance à un agent pathogène. Le contraire est également vrai: on peut éliminer
ou affaiblir une propriété en enlevant ou en désactivant un gène. C'est précisément
cela qu'on a fait avec la tomate FlavrSavr, le premier aliment génétiquement modifié
qui est venu sur le marché. Par l'inactivation d'un gène particulier, on a supprimé la
production de l'enzyme principalement responsable du ramollissement des fruits et
des légumes. Ainsi cette tomate se conserve plus longtemps que les tomates
traditionnelles.
D.
1996 - On déchiffre pour la première fois le génome d'un
eucaryote (levure de boulanger).
Même si la levure est un unicellulaire, elle appartient, tout comme l'homme,
aux êtres vivants dont les cellules contiennent un noyau cellulaire (eucaryotes), ce
qui la rend intéressante pour la recherche. La levure de boulanger (Saccharomyces
cerevisiae) est le premier eucaryote dont le génome a été déchiffré (plus de 12
millions d'éléments constitutifs). Le succès de ce travail, achevé en 1996, a été rendu
possible grâce à la collaboration internationale. Auparavant, on avait réussi à
déchiffrer des génomes essentiellement plus petits; en 1983, celui du premier virus
(bactériophage Lambda), et en 1995 seulement, celui de la première bactérie
(Haemophilus influenza).
E.
2000 - On déchiffre pour la première fois le génome d'une plante
(arabette).
Le premier décodage du génome d'une plante dans le monde, celui de
l'arabette avec 120 millions d'éléments constitutifs sur 5 chromosomes, s'est achevé
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en 2000. Des chercheurs de l'Union Européenne, des Etats-Unis et du Japon ont
collaboré à ce travail.
F.
2002 - Une découverte qui peut bloquer des gènes de l'ARN.
Des chercheurs ont découvert que de petits fragments d'ARN peuvent
s'accrocher à des gènes transcrits. En résulte une molécule d'ARN à deux brins
(«bicaténaire»), qui sera détruite par des enzymes spécialisés dans l'élimination de
l'ARN bicaténaire. La transcription du gène est détruite et la protéine ne peut pas être
fabriquée. Les découvertes relatives au mécanisme de l'interférence ARN sont
célébrées comme la percée de l'année 2002 dans le domaine de la biologie
moléculaire.
G.
2012/2014 - Le système CRISPR/Cas.
Les bactéries se défendent face aux virus au moyen d’un système spécial
appelé CRISPR-Cas. En 2012, Jennifer A. Doudna et Emmanuelle Charpentier
découvrent qu’il est possible d’utiliser ce système pour modifier des gènes de
manière ciblée. L’enzyme Cas9 est guidée par un court brin d’ARN vers une position
précise sur l’ADN et le sectionne à cet endroit. Il est ainsi possible de détruire des
gènes ou d’introduire des nouvelles séquences. Pour les chercheurs, le CRISPR-Cas
est très facile à utiliser et peu coûteux. Ce système permet par exemple de créer des
souris transgéniques en quelques semaines – auparavant, cela pouvait durer jusqu’à
deux ans. En 2014, Daniel Anderson et son équipe ont réussi à corriger une mutation
pathogène chez des souris grâce à cette méthode. De nombreux chercheurs
souhaitent toutefois la création d’une régulation claire afin d’éviter toute utilisation
abusive du système.
H.
2015- le système CRISPR/Cas9.
Des chercheurs chinois et britanniques ont publié en 2015 des résultats
démontrant qu’il est possible, pour des espèces de riz7 et d’orge8, de modifier des
gènes grâce à CRISPR/Cas9, d’introduire cet outil au moyen d’un transgène qui ne
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s’intègre pas au génome et de le voir disparaître dans les générations suivantes. Les
plantes « éditées » ainsi produites transmettent la modification génétique à leur
descendance et ne présentent aucune trace génétique de cette intervention. Elles ne
diffèrent pas des plantes présentant une variation naturelle dans l’un de leurs gènes
et soulèvent donc des questions majeures en ce qui a trait à l’applicabilité de
certaines réglementations.
I.
2016 janvier une étude italienne retirée.
Une étude de Federico Infascelli de l’Université de Naples décrivant des
expériences sur des chevreaux nés de mères nourries au soja GM et concluant que
des fragments du gène étranger peuvent être transportés à travers l’intestin et
sécrétés dans le lait est retirée pour falsification de données.
J.
2016 Premier champ d’observation de pommes de terre
génétiquement modifiées résistantes au mildiou en Ouganda.
Le premier essai sur le terrain de pommes de terre génétiquement modifiées
(GM) résistantes au mildiou mené en Ouganda d’octobre 2015 à janvier 2016 a été
effectué à l’Institut Kachwekano Zonal près de Kabale. Douze pommes de terre GM
des variétés Desiree et Victoria de l’International Potato Center ont montré une
grande résistance par rapport aux plantes non transgéniques des mêmes variétés.
K.
Le marché des biotechnologies agoricoles devrait doubler d’ici
2019.
Une nouvelle étude publiée par Transparency Market Research et intitulée
Agricultural Biotechnology Market – Global Industry Analysis, Size, Share, Growth,
Trends and Forecast, 2013-2019 rapporte que le marché mondial de la
biotechnologie agricole valait 15,3 milliards de dollars en 2012 et qu’il devrait doubler
d’ici 2019. Selon le rapport, la population mondiale croissante et la demande pour les
biocarburants conduisent à l’augmentation de la demande pour des produits
génétiquement modifiés.
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VII. CONCLUSION
Une recherche menée en secret depuis 2008 pour évaluer les éventuels effets
nocifs des aliments transgéniques. Les résultats, publiés par le Criigen, sont plus
qu’alarmants. Les rats nourris avec un OGM de Monsanto développent des tumeurs
et connaissent une mortalité précoce. Cette étude mettra-t-elle fin à toute la
recherche scientifique concernant les OGM?, ou bien on prendra le coté avantageux
des OGM comme but ultime de ses modifications, et dire que au delà des bénéfices
environnementaux (préservation des ressources en eau, réduction de l'emploi de
pesticides, enrichissement du patrimoine végétal, etc.) les plantes transgéniques
ouvrent le champ de la recherche sur des pratiques culturales simplifiées et
beaucoup plus rentable.
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