Section 23 Biologie végétale intégrative

Introduction

Ce document est le résultat de discussions menées au sein de la section 23 du Comité National de la Recherche Scientifique et de contacts établis avec les directeurs d'unités de Biologie Végétale Intégrative. À ce titre, nous estimons qu'il reflète une position consensuelle de notre communauté.

Ce rapport de conjoncture a été réalisé dans une période de grande morosité économique au plan national et européen. Ce contexte économique difficile a conduit l'état français à appliquer une politique de réduction des dépenses qui n'épargne pas le secteur de la recherche et qui touche de plein fouet la recherche dite « fondamentale » réalisée sur des organismes modèles. En effet, en période de pénurie, la tentation est forte pour nos décideurs d'alimenter en priorité une recherche proche des préoccupations sociétales estimant qu'elle est plus susceptible de créer des emplois à court terme et ceci au détriment d'une recherche plus amont et donc moins finalisée.

Dans ce contexte, l'objectif premier de ce rapport est de réaffirmer l'importance d'une recherche fondamentale innovante sur les organismes photosynthétiques, incluant les organismes modèles, dont la priorité est la génération de connaissances. Dans ce document, les eucaryotes photosynthétiques sont globalement appelés les « micro-algues », lorsqu'ils sont unicellulaires, les « macro-algues » pour les protistes photosynthétiques multicellulaires et enfin ils comprennent les « plantes » non vasculaires et vasculaires. Ces organismes sont la condition d'existence de la plupart des autres formes vivantes terrestres ou marines, et à ce titre leur biologie mérite une attention particulière. De plus, les végétaux et autres organismes photosynthétiques offrent de nombreux avantages permettant de faire avancer les connaissances en biologie. Ils permettent notamment de travailler sur des organismes entiers complexes et donc de replacer dans un contexte physiologique et populationnel les avancées réalisées sur la compréhension des mécanismes moléculaires fondamentaux du vivant. L'utilisation de ces organismes permet également de générer facilement du matériel vivant facilitant les approches biochimiques. Enfin, les approches génétiques y sont généralement aisées. Ainsi, la possibilité d'obtenir un grand nombre de descendants à partir de croisements dirigés, de réaliser des croisements interespèces et des manipulations génétiques, d'observer des mutations qui sont létales chez les animaux sont autant d'atouts pour étudier les mécanismes de base du vivant. De nombreuses avancées en biologie (telles que la découverte des éléments transposables, de la fonction des chaperonnes moléculaires et plus récemment la découverte des petits ARN et leurs rôles dans la régulation de l'expression des gènes et la lutte antivirale) ont comme origine l'étude des modèles végétaux. La spécificité de la biologie végétale développée au CNRS réside principalement dans cette volonté d'étudier les organismes photosynthétiques en tant que tels, car ils permettent d'appréhender des processus biologiques très perfectionnés, qu'ils soient originaux ou conservés dans le règne vivant. À ce titre, le CNRS joue un rôle primordial et non redondant dans le soutien de la recherche en biologie végétale au niveau national. De nombreux indicateurs, tels que le nombre de lauréats ERC (15 depuis 2007), le nombre de brevets actifs (18 depuis 2008) et le nombre élevé de publications dans des revues prestigieuses, s'accordent à montrer que la recherche en biologie végétale menée par les unités appartenant à la section 23 est à la pointe de ce qui se fait au niveau international.

Évidemment, la recherche de connaissances n'exclut en rien la découverte de solutions aux nouveaux défis sociétaux. Bien au contraire, nous estimons que la biologie végétale au CNRS est un maillon essentiel dans le processus de découverte de solutions pour l'avenir avec notamment des impacts pour le développement durable (agriculture et environnement). De plus, la biodiversité végétale, qu'elle soit au niveau des écosystèmes terrestres ou marins, représente un potentiel fort pour des applications innovantes en biotechnologie. À ce titre, les organismes photosynthétiques représentent une mine d'inspiration pour de futures applications dans le domaine de la chimie verte et de la transition énergétique, mais encore faut-il avoir une connaissance suffisante de ces organismes pour les exploiter pleinement et intelligemment. C'est précisément ce type de connaissances que peuvent générer les laboratoires rattachés à la section 23. La croissance et le développement des plantes, ainsi que leur capacité à s'adapter à leur environnement, représentent un enjeu agronomique d'importance. La plupart des experts du climat prévoient une hausse moyenne des températures de 1,1 à 6,4 oC d'ici 2100. Ces changements climatiques, amorcés il y a plus de trente ans, mettent en danger notre qualité de vie et soulèvent de nombreux défis pour l'avenir. Parmi ces défis, le plus difficile peut-être, sera d'assurer une production agricole suffisante pour nourrir une population mondiale croissante dans des conditions environnementales de plus en plus erratiques. On estime probable une baisse du rendement agricole de l'ordre de 10 % pour chaque hausse d'un degré de la température mondiale moyenne. Or, pour nourrir les 9 milliards d'individus qui peupleront notre planète en 2050, il ne suffira pas de maintenir notre production agricole actuelle mais il faudra l'augmenter de l'ordre de 60 % ! Aussi, il est urgent de comprendre comment les variations climatiques affectent les végétaux afin d'adapter rapidement l'agriculture aux futurs défis environnementaux. Ceci nécessite des connaissances poussées sur les bases moléculaires de la relation génotype/phénotype, sur les processus de croissance et de développement des plantes, ainsi que sur les mécanismes de résistance aux stress biotiques et abiotiques, autant de sujets traités dans les laboratoires de la section 23 (pour une représentation complète par mots-clés des sujets traités par les laboratoires de la section 23 voir l'annexe 2, cette annexe inclut également les principales méthodologies et espèces utilisées).

De façon plus surprenante, les plantes peuvent aussi s'avérer très utiles comme outils permettant de décrypter des mécanismes conservés associés à des pathologies humaines. Ainsi, plusieurs découvertes ayant un impact direct sur la santé humaine ont été réalisées chez la plante modèle Arabidopsis (pour une description complète voir Jones et al., 2008, Cell, 133 :939-943). En effet, plusieurs gènes impliqués dans des pathologies humaines présentent chez les végétaux un homologue parfois plus proche du gène humain que de ceux d'espèces animales modèles, telles que la drosophile ou Caenorhabditis elegans. Citons comme exemple l'étude des récepteurs NBS-LRR et de leurs chaperons moléculaires chez la plante, qui a permis des avancées significatives sur le fonctionnement de récepteurs humains (NOD/CARD/CATERPILLAR) impliqués dans plusieurs pathologies inflammatoires. Un autre exemple concerne les avancées réalisées sur les phénomènes de protéolyse régulés par l'auxine, qui ont permis la découverte chez l'homme d'un régulateur clé de la fonction SCF, un acteur important du contrôle de la croissance cellulaire et souvent impliqué dans le développement de cancers.

La recherche menée dans les laboratoires rattachés à la section 23, utilisant principalement des organismes modèles, représente donc une première étape essentielle au sein du dispositif national d'innovation. Ce dispositif est souvent qualifié de déficient par nos décideurs qui estiment que la deuxième étape, soit le transfert vers des plantes de grande culture et autres applications sociétales, est trop timide. Cette situation est en partie liée à la difficulté à faire accepter l'utilisation de plantes génétiquement modifiées par les consommateurs. Néanmoins, au-delà de cette contrainte, cette étape de transfert est perfectible et, en ces périodes de rigueur budgétaire, on peut comprendre la frustration de nos dirigeants quant à la lenteur des retombées directes de leurs investissements. Toutefois, investir exclusivement dans les actions de transfert au détriment de l'étape essentielle d'acquisition des connaissances n'aura non seulement pas les effets escomptés, mais déstructurera durablement cette première étape du dispositif. Comment ignorer que la biologie fondamentale connaît de nos jours une formidable montée en puissance, tant du point de vue conceptuel que technologique ? Nous estimons donc qu'il est crucial de favoriser un continuum allant de la génération de connaissances à l'élaboration de nouvelles solutions permettant de répondre aux enjeux sociétaux. Cette recommandation peut s'accompagner d'une politique volontariste de développement de la propriété intellectuelle afin de favoriser les conditions de transfert vers les applications. Dans ces conditions, il est souhaitable que la recherche en biologie végétale du CNRS soit consolidée et non pas opposée à la recherche plus finalisée menée sur les plantes de grande culture par d'autres organismes publics et par le secteur privé.

Dans la suite de ce document, nous nous efforçons de démontrer le rôle essentiel que doit jouer la recherche en biologie végétale du CNRS dans le dispositif national d'innovation. Nous ferons ensuite des recommandations susceptibles de renforcer la dynamique de recherche nationale dans ce secteur.