Ecological and evolutionary consequences of gene flow between transgenic Brassica napus and its wild relatives
Conséquences écologiques et évolutives du flux de gènes entre Brassica napus transgénique et ses apparentés sauvages
Résumé
In the framework of commercial release for transgenic crops with novel traits, consequences of gene flow and introgression are still one main concern. I explored the ecological and evolutionary consequences of gene flow between oilseed rape (Brassica napus) and its wild relatives, brown mustard (B. juncea) and wild radish (Raphanus raphanistrum), through several experiments carried out in greenhouse, common garden and field in Beijing and Dijon. First, I revised a comprehensive review of the literature about gene flow and its effect on plant fitness in the Brassiceae. Second, I investigated the effects on gene flow of seed size of hybrids between Bt-transgenic oilseed rape and mustard. Small seed size significantly reduced plant growth and reproduction, but its influence on plant fitness varied among genetic backgrounds. Backcrosses to oilseed rape were easier and more productive than other types of progeny of hybrids. Most of these plants exhibited oilseed rape morphology. Together with herbicide-resistance, this trait could help the progeny to survive in the field and disseminate the transgene to volunteers and feral populations, which could be more troublesome than completing introgression into the genome of the wild parent species. Third, I simulated herbivory on mustard to study the competition between insect-resistant and susceptible plants independently to the fitness of the interspecific hybrid. Resistant plants held a competitive advantage under herbivory pressure, and this advantage was magnified in harsh conditions, such as low resources and high simulated herbivory pressure. The use of insects to attack mixed populations composed of transgenic Bt-resistant and susceptible backcrosses confirmed the same conclusion and provided evidence of no cost due to the transgene in the absence of insect. The overall population production increased with the increasing proportion of insect-resistant plants in the presence of insects. Fourth, wild radish populations were sampled from four geographically distant regions, of which one region had a long history of oilseed rape cultivation, and, therefore, higher chance to have been submitted to interspecific hybridization with the crop. Traits divergence and polymorphism in the putative introgressed populations could be supported as alternate hypothesis to random variation, although the differences were not marked enough to place these populations out of the range of variation described in wild radish. These studies pointed out different factors that could enhance the risk of transgenic flow and introgression from transgenic crops to wild relatives, and they must be taken into account in the risk assessment of the use of GM crops: crop traits to identify the hybrid progeny and perform monitoring, small seed size to account for seed dispersal and dormancy, and intensity of herbivory and competition that magnify the fitness advantage of insect-resistant transgenic plants. However, the impact of introgression to create super-weeds was not supported.
Les conséquences des flux de gènes et de l’introgression entre les cultures transgéniques et leurs apparentés sauvages sont encore au cœur des débats associés à la commercialisation des plantes génétiquement modifiées. J’ai développé mon étude sur les conséquences écologiques et évolutives du flux de gènes entre le colza (Brassica napus) et ses apparentés, la moutarde brune sauvage (B. juncea) et la ravenelle (Raphanus raphanistrum), en réalisant une série d’expériences en serre, au jardin et au champ à Beijing et à Dijon. En premier, j’ai présenté une revue synthétique de la littérature publiée sur les flux de gènes et ses effets sur la fitness chez les Brassicées. En second, j’ai cherché à mettre en évidence le rôle de la taille des semences hybrides entre du colza transgénique Bt et la moutarde. La petite taille des semences a réduit les capacités de croissance et de reproduction, mais l’effet sur la fitness était variable en fonction des fonds génétiques ou spécifiques. Les rétrocroisements sur le colza étaient plus faciles et productifs que pour les autres types de descendants. La plupart de ces plantes avait une morphologie de colza. Liée à la résistance à l’herbicide, cette caractéristique pourrait permettre aux descendants de survivre dans les champs et de disséminer les transgènes aux repousses et aux autres colzas, ce qui serait peut être plus gênant que de voir l’introgression réelle dans le génome du parent sauvage. Troisièmement, j’ai simulé le phénomène d’herbivorie chez la moutarde pour étudier la compétition entre des plantes résistantes et des plantes sensibles indépendamment des problèmes de fitness des hybrides interspécifiques. Les plantes résistantes ont un avantage compétitif évident sous la pression d’herbivorie, et cet avantage est exacerbé sous des conditions difficiles telles que de faibles ressources du milieu et l’intensité de l’herbivorie. L’utilisation d’insectes pour attaquer des populations mixtes composées de rétrocroisements sensibles et Bt-résistants aux insectes a confirmé ce résultat et a montré que le transgène n’avait pas de coût en l’absence d’insectes. La productivité totale des populations a augmenté avec la proportion de plantes résistantes. Quatrièmement, des populations de ravenelles ont été échantillonnées dans quatre régions éloignées entre elles, dont une ayant une longue histoire de coexistence avec le colza et donc ayant plus de chance d’avoir été soumise à l’hybridation interspécifique avec le colza. J’ai interprété la divergence des traits et leur polymorphisme dans le cadre d’une hypothèse d’introgression stabilisée en opposition au simple hasard, bien que les différences avec les autres populations n’étaient pas assez marquées pour faire sortir ces populations du domaine de variation décrit pour les ravenelles. Ces études soulignent plusieurs facteurs qui peuvent accroître le risque des flux de transgènes et l’introgression entre les cultures génétiquement modifiées et leurs apparentés sauvages, et cela doit être pris en compte dans les procédures d’évaluation des risques de l’usage de ces plantes. A savoir : la morphologie cultivée qui rend confuse l’identification des introgressants dans le cadre de la bio-surveillance, les petites semences hybrides avec une dormance et une dispersion supérieures, et l’intensité de l’herbivorie et de la compétition qui exacerbe l’avantage adaptatif des plantes transgéniques résistantes aux insectes. Cependant, l’hypothèse de la formation de « super mauvaises herbes » ne semble pas justifiée.
Domaines
Biologie végétale
Origine : Version validée par le jury (STAR)