Pourquoi nous aurons besoin d'aliments génétiquement modifiés

Des signes de mildiou apparaissent soudainement mais de manière prévisible en Irlande dès que le temps d'été devient humide, les spores du champignon phytopathogène flottant à travers les champs verts ouverts et atterrissant sur les feuilles humides des plants de pomme de terre. Cette année, il a commencé à pleuvoir début août. En quelques semaines, le mildiou avait attaqué une petite parcelle de pommes de terre dans le coin de la grille soignée de plantations d'essai au siège de Teagasc, l'agence agricole irlandaise, à Carlow.

C'est maintenant plus d'un mois après que les plants de pommes de terre ont été touchés pour la première fois et encore quelques semaines avant que la récolte ne soit récoltée. Une grande maison de campagne, abritant les opérations de Teagasc, surplombe les essais sur le terrain, et des bureaucrates irlandais et européens bien habillés entrent et sortent. Une grande partie du bâtiment tentaculaire a été construite dans les années 1800, pendant la pire des famines qui ont été déclenchées lorsque le fléau a dévasté la récolte de pommes de terre en Irlande. De telles famines sont loin dans le passé, mais la maladie des plantes reste un tourment coûteux pour les agriculteurs du pays, les obligeant à arroser fréquemment leurs cultures de fongicides. Dans le cadre d'un projet à l'échelle de l'UE appelé Amiga pour étudier l'impact des plantes génétiquement modifiées (GM), le chercheur de Teagasc Ewen Mullins teste des pommes de terre conçues pour résister au mildiou. (Regardez une vidéo de Mullins et de pommes de terre GM en Irlande au bas de cette page ou ici.)

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 2014

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Il fait frais, et bien que l'été soit terminé, il fait encore chaud et humide. Un temps parfait pour la brûlure, dit Mullins. Se penchant sur les plantes sélectionnées de manière conventionnelle, il retire fermement les tiges et les feuilles fanées pour montrer que les tubercules, à moitié exposés dans le sol, sont marqués de taches noires. Ensuite, il cueille une feuille verte de l'une des plantes génétiquement modifiées, qui ont été modifiées avec un gène résistant au mildiou d'une pomme de terre sauvage qui pousse en Amérique du Sud. Les défenses du plant de pomme de terre ont combattu les spores, les rendant inoffensives. L'usine, dit simplement Mullins, a bien fonctionné.

C'est la deuxième année de ce qui devrait être des essais sur le terrain de trois ans. Mais même si les résultats de l'année prochaine sont tout aussi encourageants, Teagasc n'a pas l'intention de donner accès aux agriculteurs à la plante, qui a été développée par des chercheurs de l'Université de Wageningen aux Pays-Bas. Ces cultures génétiquement modifiées restent controversées en Europe, et seules deux sont approuvées pour la plantation dans l'UE. Bien que Mullins et ses collègues soient impatients de savoir comment le mildiou affecte les pommes de terre GM et si les plantes affecteront les microbes du sol, la distribution de la plante modifiée en Irlande est, du moins pour l'instant, un échec.

Néanmoins, les champs de Carlow présentent une image alléchante de la façon dont les cultures génétiquement modifiées pourraient aider à protéger l'approvisionnement alimentaire mondial. Les pommes de terre résistantes au mildiou seraient l'un des premiers aliments majeurs génétiquement modifiés pour incorporer des défenses contre les maladies des plantes, qui détruisent chaque année environ 15 pour cent de la récolte agricole mondiale. Malgré l'utilisation intensive de fongicides, le mildiou et d'autres maladies des plantes détruisent environ un cinquième des pommes de terre dans le monde, un aliment de plus en plus cultivé en Chine et en Inde. La rouille des tiges, une maladie fongique du blé, s'est propagée dans une grande partie de l'Afrique et de la péninsule arabique et menace maintenant les vastes régions productrices d'Asie centrale et méridionale, qui produisent environ 20 pour cent du blé mondial. Les bananes, qui sont la principale source de nourriture dans des pays comme l'Ouganda, sont souvent détruites par le flétrissement. Dans tous ces cas, le génie génétique a le potentiel de créer des variétés bien mieux à même de résister aux assauts.

Les pommes de terre GM pourraient également conduire à une nouvelle génération d'aliments biotechnologiques vendus directement aux consommateurs. Bien que le maïs, le soja et le coton transgéniques, principalement conçus pour résister aux insectes et aux herbicides, aient été largement plantés depuis la fin des années 1990 aux États-Unis et dans une poignée d'autres grands pays agricoles, dont le Brésil et le Canada, les cultures de maïs et de soja vont principalement dans l'alimentation animale, les biocarburants et les huiles de cuisson. Aucune variété génétiquement modifiée de riz, de blé ou de pomme de terre n'est cultivée à grande échelle, car l'opposition à de tels aliments a découragé les investissements dans leur développement et parce que les entreprises semencières n'ont pas trouvé de moyens de gagner autant d'argent sur ces cultures qu'elles le font à partir de produits génétiquement modifiés. maïs et soja.

La sécheresse, les tempêtes destructrices et les journées très chaudes ont déjà un impact négatif sur les rendements des cultures.

Avec une population mondiale qui devrait atteindre plus de neuf milliards d'ici 2050, le monde pourrait bientôt avoir faim de telles variétés. Bien que la productivité agricole se soit considérablement améliorée au cours des 50 dernières années, les économistes craignent que ces améliorations ne commencent à décliner à un moment où la demande alimentaire, tirée par le plus grand nombre de personnes et les appétits croissants des populations plus riches, devrait augmenter entre 70 et 100 pour cent d'ici le milieu du siècle. En particulier, les augmentations rapides des rendements de riz et de blé qui ont aidé à nourrir le monde pendant des décennies montrent des signes de ralentissement, et la production de céréales devra plus que doubler d'ici 2050 pour suivre le rythme. Si la tendance se poursuit, la production pourrait être insuffisante pour répondre à la demande, à moins que nous ne commencions à utiliser beaucoup plus de terres, d'engrais et d'eau.

Le changement climatique est susceptible d'aggraver le problème, entraînant des températures plus élevées et, dans de nombreuses régions, des conditions plus humides qui propagent des infestations de maladies et d'insectes dans de nouvelles zones. La sécheresse, les tempêtes destructrices et les journées très chaudes ont déjà un impact négatif sur les rendements des cultures, et la fréquence de ces événements devrait augmenter fortement à mesure que le climat se réchauffe. Pour les agriculteurs, les effets du changement climatique peuvent être simplement exprimés : le temps est devenu beaucoup plus imprévisible et les conditions météorologiques extrêmes sont devenues beaucoup plus courantes.

Les hautes terres centrales du Mexique, par exemple, ont connu leurs années les plus sèches et les plus humides enregistrées en 2011 et 2012, explique Matthew Reynolds, physiologiste du blé au Centre international d'amélioration du maïs et du blé à El Batán. Une telle variation est inquiétante et très mauvaise pour l'agriculture, dit-il. Il est extrêmement difficile de se reproduire pour cela. Si vous avez un climat relativement stable, vous pouvez sélectionner des cultures avec des caractéristiques génétiques qui suivent un certain profil de températures et de précipitations. Dès que vous entrez dans un état de flux, il est beaucoup plus difficile de savoir quels traits cibler.

L'un des avantages de l'utilisation du génie génétique pour aider les cultures à s'adapter à ces changements soudains est que de nouvelles variétés peuvent être créées rapidement. La création d'une variété de pomme de terre par sélection conventionnelle, par exemple, prend au moins 15 ans ; produire un produit génétiquement modifié prend moins de six mois. La modification génétique permet également aux sélectionneurs de plantes d'effectuer des changements plus précis et de puiser dans une bien plus grande variété de gènes, glanés dans les parents sauvages des plantes ou dans différents types d'organismes. Les phytologues prennent soin de noter qu'aucun gène magique ne peut être inséré dans une culture pour la rendre tolérante à la sécheresse ou pour augmenter son rendement - même la résistance à une maladie nécessite généralement de multiples changements génétiques. Mais beaucoup d'entre eux disent que le génie génétique est une technique polyvalente et essentielle.

C'est une chose extrêmement logique à faire, déclare Jonathan Jones, scientifique au laboratoire Sainsbury au Royaume-Uni et l'un des plus grands experts mondiaux des maladies des plantes. Les pressions à venir sur la production agricole, dit-il, [sont] réelles et affecteront des millions de personnes dans les pays pauvres. Il ajoute qu'il serait pervers de rejeter l'utilisation de la modification génétique comme outil.

C'est un point de vue largement partagé par les responsables du développement des variétés végétales de demain. Au niveau actuel de la production agricole, il y a suffisamment de nourriture pour nourrir le monde, déclare Eduardo Blumwald, phytotechnicien à l'Université de Californie à Davis. Mais quand la population atteint neuf milliards ? il dit. Pas question, José.

Des promesses ratées

La promesse que les cultures génétiquement modifiées pourraient aider à nourrir le monde est au moins aussi ancienne que la commercialisation des premières semences transgéniques au milieu des années 90. Les entreprises qui ont contribué à transformer les cultures génétiquement modifiées en une entreprise de plusieurs milliards de dollars, y compris les grandes entreprises chimiques Monsanto, Bayer et DuPont, ont promu la technologie dans le cadre d'une révolution des sciences de la vie qui augmenterait considérablement la production alimentaire. Jusqu'à présent, il s'est avéré, pour un certain nombre de raisons, qu'il s'agissait d'une promesse quelque peu vide.

Certes, les plantes cultivées par génie biologique sont un énorme succès commercial dans certains pays. L'idée est simple mais convaincante : en insérant un gène étranger dérivé, par exemple, d'une bactérie dans le maïs, vous pouvez donner à la plante un trait qu'elle ne posséderait pas autrement. Les enquêtes estiment que plus de 170 millions d'hectares de ces cultures transgéniques sont cultivés dans le monde. Aux États-Unis, la majorité du maïs, du soja et du coton plantés ont été modifiés avec un gène de la bactérie du sol Bacillus thuringensis —Bt—pour éloigner les insectes ou avec un autre gène bactérien pour résister aux herbicides. Dans le monde, 81 pour cent du soja et 35 pour cent du maïs cultivés sont des variétés biotechnologiques. En Inde, le coton Bt a été approuvé il y a plus de dix ans et représente aujourd'hui 96 pour cent du coton cultivé dans le pays.

Pourtant, il n'est pas clair si ce boom des cultures transgéniques a entraîné une augmentation de la production alimentaire ou une baisse des prix pour les consommateurs. Prenez le maïs, par exemple. Aux États-Unis, 76 pour cent de la culture est génétiquement modifiée pour résister aux insectes, et 85 pour cent peuvent tolérer d'être aspergés d'un désherbant. Un tel maïs a sans doute été une aubaine pour les agriculteurs, réduisant l'utilisation de pesticides et augmentant les rendements. Mais peu de la production de maïs des États-Unis est utilisée directement pour l'alimentation humaine; environ 4 pour cent vont dans le sirop de maïs à haute teneur en fructose et 1,8 pour cent dans les céréales et autres aliments. Le maïs et le soja génétiquement modifiés sont si rentables que les agriculteurs américains ont commencé à les substituer au blé : environ 56 millions d'acres de blé ont été plantées en 2012, contre 62 millions en 2000. Alors que l'offre diminuait, le prix du boisseau de blé est passé à près de 8 $ en 2012, contre 2,50 $ en 2000.

Jusqu'à présent, la liste restreinte des cultures transgéniques utilisées directement pour l'alimentation comprend la papaye résistante aux virus cultivée à Hawaï, le maïs sucré Bt récemment commercialisé aux États-Unis par Monsanto et quelques variétés de courges qui résistent aux virus végétaux. Cependant, cette liste pourrait être sur le point de s'allonger. L'agence agricole indonésienne prévoit d'approuver prochainement une pomme de terre résistante au mildiou, et JR Simplot, un fournisseur agricole basé à Boise, Idaho, espère commercialiser sa propre version d'ici 2017. Monsanto, qui a abandonné une tentative de développement de blé GM en 2004, a acheté une entreprise de semences de blé en 2009 et essaie maintenant à nouveau. Et les chercheurs de Cornell travaillent avec des collaborateurs en Inde, au Bangladesh et aux Philippines, des pays où l'aubergine est un aliment de base, pour mettre une forme de légume résistante aux insectes à la disposition des agriculteurs.

Seule une poignée de grandes entreprises peuvent se permettre les risques et les dépenses liés à la commercialisation des OGM.

Ces versions bio-ingénierie de certaines des cultures vivrières les plus importantes du monde pourraient aider à réaliser les espoirs initiaux pour les organismes génétiquement modifiés, ou OGM. Mais ils vont aussi presque certainement réchauffer le débat sur la technologie. Les opposants craignent que l'insertion de gènes étrangers dans les cultures ne rende les aliments dangereux ou allergènes, bien que plus de 15 ans d'expérience avec les cultures transgéniques n'aient révélé aucun danger pour la santé, ni une série d'études scientifiques. De manière plus crédible, les détracteurs suggèrent que la technologie est un stratagème de sociétés géantes, en particulier Monsanto, pour vendre plus d'herbicides, dominer la chaîne d'approvisionnement agricole et laisser les agriculteurs dépendants de semences transgéniques à prix élevé. La critique la plus convaincante, cependant, est peut-être simplement que les cultures transgéniques existantes ont peu fait pour garantir l'avenir de l'approvisionnement alimentaire mondial face au changement climatique et à une population croissante.

La première génération de cultures résistantes aux insectes et aux herbicides offre peu de nouveaux traits, tels que la tolérance à la sécheresse et la résistance aux maladies, qui pourraient aider les plantes à s'adapter aux changements climatiques et aux modèles de maladies, reconnaît Margaret Smith, professeur de sélection végétale et de génétique. à l'Université Cornell. Néanmoins, elle dit qu'il n'y a aucune raison valable de rejeter la technologie alors que les phytotechniciens se précipitent pour augmenter la productivité des cultures. Les scientifiques sont confrontés à un défi de reproduction de taille, dit Smith. Nous aurons besoin d'une deuxième génération de cultures transgéniques. Ce serait une erreur d'écarter cet outil car les premiers produits n'abordaient pas les gros problèmes.

Développer des cultures plus résistantes au changement climatique ne sera pas chose facile. Il faudra que les phytotechniciens élaborent des traits complexes impliquant plusieurs gènes. Une résistance durable aux maladies nécessite généralement une série de changements génétiques et une connaissance détaillée de la façon dont les agents pathogènes attaquent la plante. Des caractéristiques telles que la tolérance à la sécheresse et à la chaleur sont encore plus difficiles, car elles peuvent nécessiter des modifications fondamentales de la physiologie de la plante.

Le génie génétique est-il à la hauteur ? Personne ne sait. Mais les récentes percées génomiques sont encourageantes. Les scientifiques ont séquencé les génomes de cultures telles que le riz, les pommes de terre, les bananes et le blé. Dans le même temps, les progrès de la biologie moléculaire signifient que les gènes peuvent être supprimés, modifiés et insérés avec une bien plus grande précision. En particulier, les nouveaux outils d'ingénierie du génome connus sous le nom de Talens et Crispr permettent aux généticiens de modifier l'ADN des plantes, en changeant les chromosomes exactement où ils le souhaitent.

Modifications exactes

L'atelier adjacent aux rangées de serres au bord du campus de Cornell à Ithaca, New York, sent le moisi et l'humidité des caisses de pommes de terre. Il se trouve à moins d'un kilomètre et demi des laboratoires de biologie moléculaire de l'université, mais ce que vous voyez, ce sont des bandes transporteuses en bois, des tamis métalliques et des tuyaux d'arrosage. Walter De Jong trie et calibre les pommes de terre récoltées dans le cadre d'un effort pluriannuel visant à proposer une meilleure variété aux producteurs de la région. Les boîtes sont remplies de pommes de terre, certaines petites et rondes, d'autres grosses et difformes. Lorsqu'on lui a demandé quelles caractéristiques sont importantes pour les consommateurs, il a souri d'un air narquois et a répondu : Regarde, regarde, regarde.

La question de savoir ce qu'il pense des efforts pour développer des pommes de terre transgéniques n'est pas aussi facile à répondre. Ce n'est pas que De Jong s'oppose au génie génétique. En tant que sélectionneur de pommes de terre, il connaît bien les méthodes conventionnelles d'introduction de nouveaux caractères, mais il est également titulaire d'un doctorat en phytopathologie et a effectué des recherches considérables en biologie moléculaire ; il connaît les opportunités que la génétique avancée ouvre. Dans le nord-est des États-Unis, une variété de pommes de terre est optimisée pour un rayon d'environ 500 milles, en tenant compte de la durée de la saison de croissance et du type de temps dans la région. Le changement climatique signifie que ces zones de croissance se déplacent, faisant de la sélection des cultures une sorte de résolution d'un puzzle dont les pièces se déplacent. La vitesse offerte par la modification génétique aiderait. Mais, dit De Jong avec dédain, je ne m'attends pas à utiliser la technologie [transgénique]. Je ne peux pas me le permettre.

La culture de pommes de terre GM à Teagasc commence par une plantule GM cultivée en culture tissulaire (1) ; il est transféré en serre (2) et éventuellement en essais sur le terrain (3). Les tubercules récoltés semblent sains et exempts de mildiou (4).

C'est une situation curieuse, dit-il. Les scientifiques des instituts de recherche publics et universitaires ont effectué une grande partie du travail pour identifier les gènes et comprendre comment ils peuvent affecter les caractères des plantes. Mais les longs processus de test et de réglementation pour les cultures génétiquement modifiées, et le danger que les consommateurs les rejettent, signifient que seule une poignée de grandes entreprises peuvent se permettre les dépenses et le risque de les développer, dit-il.

Mais De Jong s'anime soudainement lorsqu'il est interrogé sur les derniers outils d'ingénierie du génome. C'est ce que j'ai attendu toute ma carrière, dit-il en levant les mains. Depuis que je suis un scientifique de la pomme de terre, je voulais deux choses : un génome de pomme de terre séquencé et la possibilité de modifier le génome à volonté. Sur le campus, De Jong dirige également un laboratoire de biologie moléculaire, où il a identifié la séquence d'ADN responsable du pigment rouge dans les tubercules de pomme de terre. Bientôt, il pourrait être possible de modifier précisément cette séquence dans une cellule de pomme de terre qui peut ensuite devenir une plante : si j'avais une pomme de terre blanche que je voulais devenir rouge, je pourrais simplement éditer un ou deux nucléotides et obtenir la couleur que je veux . La sélection végétale n'est pas l'art de mélanger les gènes, explique De Jong. Fondamentalement, toutes les pommes de terre ont les mêmes gènes ; ce qu'ils ont, ce sont des versions différentes des gènes, des allèles. Et les allèles diffèrent les uns des autres par quelques nucléotides. Si je peux modifier les quelques nucléotides, pourquoi se reproduire pour [un trait] ? C'est depuis longtemps le Saint Graal de la génétique végétale.

Un problème avec les techniques conventionnelles de génie génétique est qu'elles ajoutent des gènes de manière imprévisible. Le gène souhaité est inséré dans la cellule ciblée dans une boîte de Pétri à l'aide d'une bactérie végétale ou d'un canon à gènes qui tire physiquement sur une minuscule particule recouverte d'ADN. Une fois que les molécules sont dans la cellule, le nouveau gène est inséré dans le chromosome de manière aléatoire. (La cellule transformée est cultivée dans une culture tissulaire pour devenir une plantule et éventuellement une plante.) Il est impossible de contrôler exactement où le gène est ajouté ; Parfois, cela aboutit à un endroit où cela peut être exprimé efficacement, et parfois non. Et si vous pouviez cibler avec précision des taches sur le chromosome de la plante et ajouter de nouveaux gènes exactement là où vous le souhaitez, éliminer ceux qui existent déjà ou modifier des gènes en changeant quelques nucléotides spécifiques ? Les nouveaux outils permettent aux scientifiques de faire exactement cela.

Talens, l'un des plus prometteurs de ces outils d'ingénierie du génome, s'est inspiré d'un mécanisme utilisé par une bactérie qui infecte les plantes. Les phytopathologistes ont identifié les protéines qui permettent à la bactérie de localiser l'ADN de la plante cible et ont trouvé des moyens de concevoir ces protéines pour reconnaître toute séquence souhaitée ; puis ils ont fusionné ces protéines avec des nucléases qui coupent l'ADN, créant ainsi un outil d'édition précis. Une bactérie végétale ou un canon à gènes est utilisé pour introduire l'outil dans la cellule végétale ; une fois à l'intérieur, les protéines se concentrent sur une séquence d'ADN spécifique. Les protéines livrent les nucléases à un endroit précis sur le chromosome, où elles clivent l'ADN de la plante. La réparation du chromosome cassé permet d'insérer de nouveaux gènes ou d'apporter d'autres types de modifications. Crispr, une version encore plus récente de la technologie, utilise l'ARN pour cibler les gènes ciblés. Avec Talens et Crispr, les biologistes moléculaires peuvent modifier même quelques nucléotides ou insérer et supprimer un gène exactement où ils le souhaitent sur le chromosome, rendant le changement beaucoup plus prévisible et efficace.

Une implication des nouveaux outils est que les plantes peuvent être génétiquement modifiées sans l'ajout de gènes étrangers. Bien qu'il soit trop tôt pour dire si cela changera le débat public sur les OGM, les agences de réglementation - du moins aux États-Unis - indiquent que les cultures modifiées sans gènes étrangers n'auront pas à être examinées aussi minutieusement que les cultures transgéniques. Cela pourrait réduire considérablement le temps et les dépenses nécessaires pour commercialiser de nouvelles variétés d'aliments génétiquement modifiés. Et il est possible que les critiques de la biotechnologie fassent une distinction similaire, tolérant les cultures génétiquement modifiées tant qu'elles ne sont pas transgéniques.

Dan Voytas, directeur du centre d'ingénierie du génome de l'Université du Minnesota et l'un des inventeurs de Talens, explique que l'une de ses principales motivations est la nécessité de nourrir deux milliards de personnes supplémentaires d'ici le milieu du siècle. Dans l'un de ses efforts les plus ambitieux, centré sur l'Institut international de recherche sur le riz à Los Baños, aux Philippines, il collabore avec un réseau mondial de chercheurs pour réécrire la physiologie du riz. Le riz et le blé, comme les autres céréales, ont ce que les botanistes appellent la photosynthèse C3, plutôt que la version C4 plus complexe que le maïs et la canne à sucre ont. La version C4 de la photosynthèse utilise l'eau et le dioxyde de carbone beaucoup plus efficacement. Si le projet réussit, les rendements du riz et du blé pourraient être augmentés dans les régions qui deviennent plus chaudes et plus sèches en raison du changement climatique.

Réécrire le fonctionnement de base d'une usine n'est pas une tâche triviale. Mais Voytas dit que Talens pourrait être un outil précieux, à la fois pour identifier les voies génétiques qui pourraient être modifiées et pour effectuer les nombreux changements génétiques nécessaires.

La pression pour aider à nourrir la population croissante à un moment où le changement climatique rend les terres plus marginales pour l'agriculture est le fardeau que portent les biologistes végétaux, dit Voytas. Mais il est optimiste. Pendant une grande partie des 50 dernières années, souligne-t-il, la productivité des cultures a fait des gains répétés, attribuables d'abord à l'utilisation de semences hybrides, puis aux nouvelles variétés végétales introduites pendant la Révolution verte, et même aux premières plantes GM. . L'introduction des nouveaux outils d'ingénierie du génome, dit-il, sera un autre point d'inflexion.

S'il a raison, ce sera peut-être juste à temps.

Vague De Chaleur

Pour les agronomes, les sélectionneurs et les agriculteurs, tout est question de rendement, c'est-à-dire la quantité qu'une culture produit par hectare. Les augmentations remarquables des rendements des cultures à partir du milieu du 20e siècle sont la principale raison pour laquelle nous avons suffisamment de nourriture pour passer de trois milliards de personnes en 1960 à sept milliards en 2011 avec seulement une légère augmentation de la superficie des terres cultivées. . Peut-être le plus célèbre, la Révolution verte menée par le phytopathologiste et généticien né dans l'Iowa, Norman Borlaug, a considérablement augmenté les rendements de blé, de maïs et de riz dans de nombreuses régions du monde. Il l'a fait, en partie, en introduisant des variétés de cultures plus productives, en commençant au Mexique, puis au Pakistan, en Inde et dans d'autres pays. Mais depuis au moins une décennie, les augmentations des rendements du blé et du riz semblent avoir ralenti. Les rendements du blé, par exemple, augmentent d'environ 1 pour cent par an; ils doivent augmenter de près de 2 pour cent par an pour répondre à la demande alimentaire à long terme. Les experts agricoles avertissent que les rendements devront également s'améliorer pour d'autres cultures si nous voulons nourrir une population en croissance rapide, et pourtant la hausse des températures et d'autres effets du changement climatique mondial rendront cela plus difficile à réaliser.

David Lobell, professeur de sciences environnementales du système terrestre à l'Université de Stanford, a un comportement calme qui dément son sombre message sur la façon dont le réchauffement climatique affecte déjà les cultures. Les effets du changement climatique sur l'agriculture ont été largement débattus, mais récemment Lobell et ses collaborateurs ont clarifié les projections en passant au peigne fin les enregistrements historiques de la météo et de la production agricole. Ils ont découvert que de 1980 à 2008, le changement climatique a fait baisser les rendements du blé et du maïs ; les rendements ont encore augmenté pendant cette période, mais la production globale était de 2 à 3 pour cent inférieure à ce qu'elle aurait été sans le réchauffement climatique. Cela s'est vérifié dans la plupart des régions où le maïs et le blé sont cultivés.

La découverte est surprenante car elle suggère que le réchauffement climatique a déjà eu un impact significatif sur la production alimentaire et fera une différence encore plus grande à mesure que le changement climatique s'intensifie. Tout ce qui fait que le rendement [croissance] s'aplatit est une préoccupation, dit Lobell. Et tandis que les rendements globaux de blé et de maïs continuent d'augmenter, dit-il, le changement climatique devient une préoccupation bien avant que vous n'ayez des tendances de rendement négatives.

Plus inquiétant encore, Lobell et son collaborateur Wolfram Schlenker, économiste à l'université de Columbia, ont trouvé des preuves que dans le cas de plusieurs cultures importantes, l'effet négatif du réchauffement climatique est plus fortement lié au nombre de jours extrêmement chauds qu'à l'augmentation des températures moyennes sur une saison. Si cela est vrai, des recherches antérieures pourraient avoir gravement sous-estimé l'impact du changement climatique en ne considérant que les températures moyennes.

Les calculs de Schlenker montrent une augmentation constante des rendements du maïs et du soja à mesure que la température passe de 10 °C aux années 20, mais à environ 29 °C pour le maïs et 30 °C pour le soja, les cultures sont durement touchées et les rendements chutent considérablement. Dans des travaux ultérieurs, Lobell a montré que les journées chaudes causaient beaucoup plus de dégâts au blé dans le nord de l'Inde qu'on ne le pensait auparavant.

Les rendements agricoles devront s'améliorer si nous voulons nourrir une population en croissance rapide.

Un détail surprenant et troublant de la recherche, dit Schlenker, est que les cultures et les agriculteurs ne semblent pas s'être adaptés à la fréquence accrue des journées chaudes. Ce qui m'a le plus surpris et devrait nous informer à l'avenir, dit-il, c'est qu'il y a eu d'énormes progrès dans l'élevage agricole - les rendements moyens ont plus que triplé depuis les années 1950 - mais si vous regardez la sensibilité à la chaleur extrême, il semble être aussi mauvais que dans les années 1950. Nous devons avoir des cultures qui résistent mieux aux climats chauds. Pendant la vague de chaleur qui a frappé une grande partie des États-Unis en 2012, dit-il, les rendements de maïs ont baissé de 20 %, et 2012 n'est pas une année si inhabituelle par rapport à ce que les modèles climatiques prédisent comme une nouvelle normalité très bientôt.

Il est possible que les plantes soient simplement câblées pour s'arrêter à des températures supérieures à 30 °C. En effet, Schlenker dit qu'il n'est pas convaincu que les cultures puissent être conçues pour s'adapter à la fréquence accrue des journées chaudes, bien qu'il espère qu'il se trompe. De même, Lobell souhaite que ses travaux définissent mieux quels aspects du changement climatique endommagent les cultures et aident ainsi à cibler les changements génétiques nécessaires. Mais, comme Schlenker, il ne sait pas si la génétique peut apporter une réponse.

Dans la vallée centrale de Californie, l'une des zones agricoles les plus productives au monde, Blumwald de l'UC Davis reconnaît que les scientifiques ne se sont jamais reproduits pour des stress comme la sécheresse et la chaleur. Mais il vise à changer cela. En insérant une combinaison de gènes de tolérance à la chaleur, à la sécheresse et à la salinité élevée du sol dans le riz et d'autres plantes, Blumwald crée des cultures qui présentent au moins certains avantages lors de conditions météorologiques extrêmes, en particulier pendant les périodes clés de leur cycle de croissance.

Le défi est d'éviter de réduire les rendements dans de bonnes conditions de croissance. Blumwald a donc identifié une protéine qui active les gènes insérés uniquement dans des conditions défavorables. Il n'y a pas de remède contre la sécheresse. S'il n'y a pas d'eau, la plante meurt. Je ne suis pas un magicien, dit-il. Nous voulons juste retarder la réponse au stress le plus longtemps possible afin de maintenir les rendements jusqu'à ce que l'eau arrive.

Pain quotidien

Un champ juste au nord de Londres sur le terrain de Rothamsted Research, qui se présente comme la station de recherche agricole la plus ancienne au monde (fondée en 1843), est l'un des points focaux de la bataille continue de l'Europe sur les aliments génétiquement modifiés. La controverse ici porte sur un champ de blé de 80 mètres sur 80, dont une partie est génétiquement modifiée pour produire une hormone qui repousse les pucerons, un insecte ravageur commun. En 2012, un manifestant a escaladé une clôture basse et a dispersé des graines de blé conventionnelles parmi les plantes GM dans le but de saboter le procès. Les scientifiques de Rothamsted ont aspiré les graines, embauché plusieurs gardes de sécurité supplémentaires et construit une deuxième clôture, celle-ci de trois mètres de haut et surmontée d'un surplomb incurvé pour l'empêcher de s'écailler. Plus tard, quelques centaines de manifestants ont marché bras dessus bras dessous jusqu'au bord du terrain clôturé avant d'être arrêtés par la police.

L'agitation à Rothamsted n'est qu'un indice que la prochaine grande controverse sur les OGM pourrait impliquer le blé transgénique. Après tout, le blé est la culture la plus cultivée au monde, représentant 21 pour cent des calories consommées dans le monde. Se mêler d'une céréale qui fait le pain quotidien d'innombrables millions de personnes dans le monde serait particulièrement offensant pour de nombreux opposants aux aliments génétiquement modifiés. De plus, le blé est une céréale de base vendue sur les marchés mondiaux, donc l'approbation du blé GM dans un des principaux pays exportateurs aurait probablement des répercussions sur les marchés alimentaires du monde entier.

Le blé est également emblématique des luttes auxquelles l'agriculture est confrontée alors qu'elle tente de faire face à une population croissante et à un climat changeant. Non seulement les gains de rendement ont commencé à ralentir, mais le blé est particulièrement sensible à la hausse des températures et est cultivé dans de nombreuses régions, comme l'Australie, sujettes à de graves sécheresses. De plus, le blé est vulnérable à l'une des maladies végétales les plus redoutées au monde : la rouille des tiges, qui menace la bande fertile du Pakistan et du nord de l'Inde connue sous le nom de plaine indo-gangétique. Les techniques de sélection conventionnelles ont fait des progrès remarquables contre ces problèmes, produisant des variétés qui sont de plus en plus tolérantes à la sécheresse et résistantes aux maladies. Mais la biotechnologie offre des avantages qui ne doivent pas être ignorés.

Le changement climatique ne change pas [le défi pour les sélectionneurs de plantes], mais il le rend beaucoup plus urgent, déclare Walter Falcon, directeur adjoint du Center on Food Security and the Environment à Stanford. Falcon était l'un des fantassins de la Révolution verte, travaillant dans les régions productrices de blé du Pakistan et dans la vallée de Yaqui au Mexique. Mais il dit que les augmentations remarquables de la productivité obtenues entre 1970 et 1995 ont largement joué, et il s'inquiète de savoir si l'agriculture à forte intensité technologique dans ces régions peut être maintenue. Il dit que la vallée de Yaqui reste très productive - les rendements récents de sept tonnes de blé par hectare vous étonnent - mais l'utilisation intensive d'engrais et d'eau repousse les limites des pratiques actuelles. De même, Falcon dit qu'il s'inquiète de la façon dont le changement climatique affectera l'agriculture dans la plaine indo-gangétique, où vivent près d'un milliard de personnes.

Lorsqu'on lui a demandé si la technologie transgénique résoudrait l'un de ces problèmes, il répond que je ne retiens pas mon souffle, citant à la fois des raisons scientifiques et une opposition aux cultures GM. Mais il s'attend à ce que les progrès des technologies génétiques au cours de la prochaine décennie créent des variétés de blé mieux équipées pour résister aux ravageurs, aux températures plus élevées et à la sécheresse.

Il est tout à fait possible que le premier et le plus spectaculaire des progrès viendra dans l'adaptation des cultures aux modèles changeants de la maladie. Et comme le dit Ewen Mullins de Teagasc, si vous voulez étudier les maladies des plantes, vous venez en Irlande.

À une centaine de kilomètres des champs idylliques de Carlow, Fiona Doohan, phytopathologiste à l'University College Dublin, développe des variétés de blé qui résistent aux maladies locales et essaie de comprendre comment les phytopathogènes pourraient évoluer avec le changement climatique. À la station d'expérimentation agricole de l'école, elle utilise des chambres de culture dans lesquelles la concentration de dioxyde de carbone peut être ajustée pour imiter les niveaux plus élevés attendus en 2050. Les expériences ont donné une mauvaise surprise. Lorsque le blé et les agents pathogènes qui l'affligent couramment sont placés dans la chambre avec des niveaux accrus de dioxyde de carbone, la plante reste résistante au champignon. Mais lorsque les deux sont cultivés séparément sur plusieurs générations dans des conditions de 2050, puis placés ensemble, dit Doohan, les plantes s'effondrent. Cela suggère, de façon inquiétante, que les agents pathogènes des plantes pourraient être bien meilleurs et plus rapides que le blé pour s'adapter à l'augmentation du dioxyde de carbone.

À côté du bâtiment se trouve un verger de pommiers avec des représentants d'arbres cultivés dans toute l'Irlande, y compris des variétés patrimoniales plantées depuis des siècles. Doohan les regarde avec tendresse alors qu'elle passe devant, le sol couvert de pommes tombées. Au fond du verger se trouve une rangée de serres, dont une petite dans laquelle sont testées des plantes génétiquement modifiées. À l'intérieur se trouve un blé transgénique particulièrement prometteur qui s'avère résistant aux types de gale communs en Irlande. Le nouveau gène augmente également la production de céréales de la plante, explique Doohan, qui a créé la variété avec ses collègues. Elle est clairement ravie des résultats. Mais, ajoute-t-elle rapidement, il n'est pas prévu de tester le blé GM sur le terrain en Irlande ou ailleurs en Europe. Au moins pour l'instant, la variété prometteuse de blé est vouée à rester en serre.

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