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Des plantes contre la pollution des sols à l'arsenic

communiqué de presse du 15 novembre 2010

Deux  gènes essentiels qui contrôlent l'accumulation et la détoxication de l'arsenic dans les cellules végétales ont été identifiés. Cette découverte est le fruit d'une vaste collaboration internationale impliquant des laboratoires en Suisse, en Corée du Sud et aux Etats-Unis, avec la participation de membres du Pôle de recherche national (NCCR) Survie des plantes. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour réduire l'accumulation d'arsenic dans les cultures des régions de l'Asie fortement polluées par ce métalloïde toxique, ainsi que pour l'assainissement des sols souillés par des métaux lourds. Ils sont publiés cette semaine dans la prestigieuse revue PNAS*.

Le forage de puits tubés en Asie du sud-est, ou l'exploitation de mines dans certaines régions de Chine, de Thaïlande, ou des Etats-Unis, sont responsables d'une contamination des eaux en arsenic, dont la teneur dépasse souvent la concentration limite de 10 μg/l de l'Organisation mondiale de la santé (OMS), norme à partir de laquelle peuvent survenir des problèmes de santé. La population s'expose à des risques en buvant de l'eau contaminée ou en consommant des céréales cultivées sur des sols pollués. Des dizaines de millions de personnes seraient ainsi concernées. A long terme, une exposition à ce métalloïde toxique peut affecter le transit gastro-intestinal, les reins, le foie, les poumons et la peau. Elle augmente également les risques de cancer. Au Bengladesh, on estime à 25 millions le nombre de personnes consommant de l'eau contenant plus de 50 μg/l d'arsenic et deux millions d'entre elles risquent de mourir d'un cancer causé par l'élément toxique.

Les plantes constituent la porte d'entrée des métaux toxiques dans la chaîne alimentaire. On sait par exemple que l'arsenic est stocké dans les grains de riz, ce qui, dans les régions polluées par ce métalloïde toxique, constitue un danger pour les populations dont le régime alimentaire dépend en grande partie de cette céréale.

L'arsenic ou le cadmium présent dans le sol remonte vers les cellules végétales où il est stocké dans des compartiments appelés vacuoles. Dans la cellule, le transport de l'arsenic puis son stockage vacuolaire est assuré par une catégorie de peptides - les phytochélatines -  qui ont la propriété de se lier au métalloïde toxique, un peu à la manière d'un camion auquel on accroche une remorque, pour le transporter vers la vacuole où il subira une détoxication. Au terme du processus, c'est le complexe formé du « camion » et de sa « remorque » qui est entreposé dans la vacuole.

« En identifiant les gènes responsables du transport et du stockage vacuolaire de ces complexes métalloïde-phytochélatine, nous avons mis la main sur un chaînon manquant que la communauté scientifique traque depuis plus 25 ans », relève Enrico Martinoia, professeur de physiologie végétale  à l'Université de Zurich. Les expériences menées sur la plante modèle Arabidopsis peuvent être facilement adaptées à d'autres végétaux, comme le riz.

Enrico Martinoia est l'un des directeurs de cette recherche, aux côtés de la professeure coréenne Youngsook Lee de la Pohang University of Science and Technology (POSTECH) et de Julian Schroeder, professeur de biologie à l'University of California de San Diego (UCSD). Avec Stefan Hörtensteiner, également à l'Université de Zurich et  Doris Rentsch à l'Université de Berne, il est aussi l'un des trois membres du NCCR Survie des plantes à avoir participé à l'étude parue dans la revue PNAS.

Le contrôle de ces gènes devrait permettre de développer des plantes capables de supprimer le transfert des métaux et des métalloïdes toxiques de la racine jusqu'aux feuilles et aux graines et donc limiter l'entrée de l'arsenic dans la chaîne alimentaire. « En nous focalisant sur ces gènes, précise Youngsook Lee, nous pourrions éviter que les métaux lourds s'accumulent dans les parties comestibles de la plante, comme les graines ou les fruits. »

Les chercheurs ont dans le même temps découvert une méthode pour produire des plantes susceptibles d'accumuler plus de métaux toxiques qu'on pourrait utiliser pour assainir les sols contaminés. Les végétaux seraient ensuite brûlés dans des hauts fourneaux, afin d'en éliminer les éléments toxiques.

contact

Prof. Enrico Martinoia
Universität Zürich

Tel. : +41 44 634 8222
enrico.martinoia@botinst.uzh.ch