Lorsque les cultures poussent dans un sol contaminé à l’arsenic, cet élément toxique s’accumule dans la chaîne alimentaire. Une étude de l’Université de Bâle a découvert un mécanisme utilisé par les plants de maïs pour réduire l’absorption d’arsenic : le facteur clé est une substance spéciale libérée dans le sol par les racines.
L’arsenic est un métalloïde toxique d’origine naturelle. Les sols et les eaux contaminés par l’arsenic se trouvent partout dans le monde, en particulier dans les pays d’Asie du Sud-Est comme le Bangladesh, le Vietnam et la Chine. La Suisse compte également quelques points chauds naturels où l’arsenic se trouve à des concentrations supérieures à la moyenne. Un exemple est celui du sol de Liesberg, dans le canton de Bâle-Campagne.
« Le problème particulier des 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 via des canaux de transport spéciaux dans leurs racines. « L’arsenic pénètre dans les plantes par ces canaux. »
En conséquence, de plus en plus de substances toxiques s’accumulent dans la biomasse et pénètrent dans la chaîne alimentaire. À long terme, cela affecte négativement la santé humaine. Une exposition élevée à l’arsenic peut provoquer des dommages neurologiques et le cancer, par exemple.
Les racines libèrent un antidote
Mais comme l’équipe de Schlaeppi l’a désormais signalé dans la revue PNAS, le maïs réduit la toxicité de l’arsenic grâce à des composés appelés 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 selon lesquelles le maïs absorbe moins d’arsenic que d’autres espèces végétales », explique Schlaeppi.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont cultivé des plants de maïs dans deux types de sols : 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 du professeur Adrien Mestrot et du professeur Matthias Erb de l’Université de Berne.
Atténuer la toxicité de l’arsenic
Le résultat était sans ambiguïté : le maïs producteur de benzoxazinoïdes poussait mieux dans le sol contenant de l’arsenic et accumulait beaucoup moins d’arsenic dans sa biomasse que le maïs qui n’exsudait pas de benzoxazinoïdes.
Lorsque les chercheurs ont mélangé des benzoxazinoïdes dans le sol contenant de l’arsenic, les plantes mutantes ont également été protégées de la toxicité de l’arsenic. « Cela a prouvé que la présence de benzoxazinoïdes dans le sol réduisait l’absorption d’arsenic par les plantes », explique Schlaeppi.
Ensuite, les chercheurs ont voulu découvrir le mécanisme sous-jacent à l’origine de cet effet. Les analyses du microbiome des racines ont indiqué que les bactéries et les champignons n’étaient pas impliqués. Cependant, des analyses chimiques des sols ont montré qu’une forme d’arsenic particulièrement toxique disparaissait en présence de benzoxazinoïdes.
« Cela indique que les benzoxazinoïdes transforment l’arsenic de telle manière qu’il ne peut plus être absorbé par la racine », déclare-t-elle. Les processus chimiques impliqués ne sont pas encore clairs à l’heure actuelle.
D’autres expériences ont montré que l’effet positif des benzoxazinoïdes dans le sol persistait longtemps : même une deuxième génération de maïs bénéficiait encore des rejets de benzoxazinoïdes de la première génération.
« Une application de ces résultats serait de cultiver dans des endroits contaminés par l’arsenic des variétés végétales qui libèrent davantage de benzoxazinoïdes », explique Schlaeppi. Des plantes hyper-émissives pourraient être générées par sélection classique ou par modifications génétiques ciblées. « De cette façon, nous pourrions être plus sûrs que moins d’arsenic entre dans la chaîne alimentaire. »
Plus d’information:
Veronica Caggìa et al, Les métabolites spécialisés exsudés par les racines réduisent la toxicité de l’arsenic dans le maïs, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2314261121