Le maïs réduit la toxicité de l'arsenic dans le sol
Lorsque les cultures poussent dans un sol contaminé par l'arsenic, cet élément toxique s'accumule dans la chaîne alimentaire. Une étude menée par l'université de Bâle a permis de découvrir un mécanisme utilisé par les plants de maïs pour réduire l'absorption de l'arsenic : le facteur clé est une substance spéciale libérée dans le sol par les racines.
L'arsenic est un métalloïde toxique d'origine naturelle. On trouve des sols et des eaux contaminés par l'arsenic dans le monde entier, en particulier dans les pays du sud-est asiatique comme le Bangladesh, le Vietnam et la Chine. La Suisse compte également quelques points chauds naturels où l'on trouve des concentrations d'arsenic supérieures à la moyenne. Le sol de Liesberg, dans le canton de Bâle-Campagne, en est un exemple.
"Le problème particulier pour les plantes est que l'arsenic se comporte chimiquement comme le phosphore", explique le professeur Klaus Schlaeppi, du département des sciences de l'environnement de l'université de Bâle. Le phosphore est un nutriment important que les plantes absorbent par des canaux de transport spéciaux dans leurs racines. "L'arsenic pénètre dans les plantes par ces canaux. Par conséquent, la substance toxique s'accumule de plus en plus dans la biomasse et entre dans la chaîne alimentaire. À long terme, cela a des répercussions négatives sur la santé humaine. Une forte exposition à l'arsenic peut provoquer des lésions neurologiques et des cancers, par exemple.
Les racines libèrent un antidote
Mais comme l'équipe de Schlaeppi vient de l'indiquer dans la revue scientifique PNAS, le maïs réduit la toxicité de l'arsenic grâce à des composés connus sous le nom de benzoxazinoïdes. Ces substances sont produites par la plupart des plantes du groupe botanique des graminées, qui comprend également le maïs et le blé. Le maïs produit des quantités particulièrement importantes de benzoxazinoïdes, qui sont également libérés dans le sol par le système racinaire. "Il existait déjà des preuves que le maïs absorbe moins d'arsenic que d'autres espèces de plantes", explique Schlaeppi.
Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont fait pousser des plants de maïs dans deux types de sol : sans arsenic et avec des niveaux élevés d'arsenic. Ils ont réalisé la même expérience en parallèle en utilisant des plants de maïs qui ne peuvent pas produire de benzoxazinoïdes en raison d'un défaut génétique. Schlaeppi a réalisé ces expériences en collaboration avec les groupes de recherche des professeurs Adrien Mestrot et Matthias Erb de l'université de Berne.
Atténuer la toxicité de l'arsenic
Le résultat est sans équivoque : le maïs produisant des benzoxazinoïdes a mieux poussé dans le sol contenant de l'arsenic et a accumulé nettement moins d'arsenic dans sa biomasse que le maïs n'exsudant pas de benzoxazinoïdes. Lorsque les chercheurs ont mélangé des benzoxazinoïdes au sol contenant de l'arsenic, les plantes mutantes ont également été protégées de la toxicité de l'arsenic. "Cela a permis de prouver que la présence de benzoxazinoïdes dans le sol réduisait l'absorption de l'arsenic par les plantes", explique Schlaeppi.
Les chercheurs ont ensuite voulu découvrir le mécanisme sous-jacent à l'origine de cet effet. Les analyses du microbiome racinaire ont indiqué que les bactéries et les champignons n'étaient pas impliqués. Cependant, les analyses chimiques du sol ont montré qu'une forme particulièrement toxique d'arsenic disparaissait en présence de benzoxazinoïdes. "Cela indique que les benzoxazinoïdes transforment l'arsenic de telle manière qu'il ne peut plus être absorbé par les racines. Les processus chimiques impliqués ne sont pas encore clairs.
D'autres expériences ont montré que l'effet positif des benzoxazinoïdes dans le sol persistait pendant longtemps : même une deuxième génération de maïs bénéficiait encore de la décharge de benzoxazinoïdes de la première génération.
"L'une des applications de ces résultats serait de cultiver sur des sites contaminés par l'arsenic des variétés de plantes qui libèrent davantage de benzoxazinoïdes", explique M. Schlaeppi. Les plantes hyper-émettrices pourraient être générées par le biais d'une sélection classique ou de modifications génétiques ciblées. "De cette manière, nous pourrions être plus sûrs que moins d'arsenic pénètre dans la chaîne alimentaire".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Veronica Caggìa, Jan Wälchli, Gabriel Deslandes-Hérold, Pierre Mateo, Christelle A. M. Robert, Hang Guan, Moritz Bigalke, Sandra Spielvogel, Adrien Mestrot, Klaus Schlaeppi, Matthias Erb; "Root-exuded specialized metabolites reduce arsenic toxicity in maize"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 121, 2024-3-21
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