Le riz est un aliment de base dans de nombreuses régions du monde et fournit non seulement des calories et des nutriments à des milliards de personnes chaque jour, mais il fait également partie intégrante de leur culture, en particulier dans les pays asiatiques. Traditionnellement célébrée comme symbole de vie et de fertilité, l'image brillante du grain a souffert ces dernières années depuis qu'il a été identifié comme la principale source alimentaire d'arsenic inorganique, un oligo-élément toxique présent dans les roches et les sédiments du monde entier.
L'arsenic est rejeté dans l'environnement en tant que sous-produit des activités minières et de l'utilisation de pesticides contenant de l'arsenic. Une exposition chronique augmente le risque de diverses formes de cancer, ainsi que de maladies pulmonaires et cardiovasculaires. Nulle part les effets néfastes de l’arsenic ne sont mieux visibles qu’au Bangladesh, où ce qui a commencé comme un programme national de santé visant à sauver des vies s’est soldé par le pire empoisonnement massif de l’histoire.
Durant toute la première moitié du 20th Au XXe siècle, le choléra et d'autres maladies infectieuses constituaient une menace constante pour la population, qui dépendait de rivières et de lacs pollués comme principales sources d'eau. Dans les années 1970, le gouvernement et les organisations humanitaires internationales ont déployé des efforts considérables pour approvisionner le pays en eau souterraine « plus propre » grâce à la construction de milliers de puits à travers le pays. Or, à l'insu de tous, l'eau souterraine du Bangladesh est naturellement riche en arsenic, un poison lent qui ne révèle ses effets dévastateurs qu'après des années d'exposition continue. Des millions de personnes ont été, et sont encore, lentement empoisonnées en buvant de l'eau et en consommant du riz contaminés à l'arsenic. Le Bangladesh affiche la plus forte consommation de riz au monde, avec plus de 250 kg par an et par habitant ; l'alimentation quotidienne représente donc une voie importante d'exposition à l'arsenic. Si le problème est particulièrement grave au Bangladesh, on observe également des niveaux élevés d'arsenic dans les sols, et par conséquent dans le riz, en Chine, en Inde, dans les pays d'Asie du Sud-Est et dans certaines régions des États-Unis, entre autres.
Aucune autre culture n’accumule autant de cet élément que le riz. Les conditions de faible teneur en oxygène dans les rizières inondées dans lesquelles le riz est cultivé rendent l'arsenic plus disponible pour être absorbé par la plante. Étant donné que les propriétés chimiques de l’arsenic sont similaires à celles du phosphate et du silicium, pour lesquels le riz dispose de systèmes d’absorption et de transport très efficaces, il s’accumule à des concentrations élevées dans le grain. Le problème est aggravé lorsque de l’eau contaminée est utilisée pour l’irrigation des rizières. Changer les pratiques agricoles pour permettre plus d'oxygène dans le sol est irréalisable dans de nombreuses zones de basse altitude gorgées d'eau, et augmente également considérablement la biodisponibilité et l'absorption par les plantes du cadmium, un autre élément hautement toxique et extrêmement préoccupant pour la sécurité alimentaire.
Dans un article récent publié dans le Journal de botanique expérimentale, Gui et ses collègues ont abordé ce problème et riz génétiquement modifié avec de faibles concentrations d'arsenic et de cadmium dans le grain. Dans les cellules végétales, les deux éléments sont stockés dans la vacuole, un organite lié à la membrane où les composés toxiques sont séquestrés. Avant d'être transportés dans la vacuole, les métaux sont liés dans le cytosol à de petites molécules détoxifiantes appelées phytochélatines pour éviter leur interférence avec les processus métaboliques. Gui et ses collègues ont généré du riz surexprimant une enzyme synthétisant la phytochélatine et deux transporteurs qui facilitent l'absorption de l'arsenic et du cadmium dans la vacuole.
Ces plantes modifiées ont accumulé des niveaux accrus d'arsenic et de cadmium dans les racines et les nœuds, les articulations épaissies le long de la tige au niveau desquelles les feuilles émergent, et une allocation considérablement réduite dans le grain. En fait, même cultivées dans un sol contaminé au cadmium et à l’arsenic, les concentrations d’éléments toxiques dans les céréales étaient bien inférieures aux limites actuelles fixées par l’Organisation mondiale de la santé, considérées comme sûres pour la consommation. Il est important de noter que la surexpression de ces gènes n’a pas eu d’impact sur la croissance et la reproduction des plantes, et que les caractéristiques agronomiques telles que la morphologie des panicules ainsi que la taille et le poids des graines n’ont pas été affectées négativement par la surexpression des gènes. Les auteurs montrent de manière convaincante que cela ne peut être réalisé que par un empilement de gènes grâce à la surexpression simultanée de plusieurs gènes sélectionnés dans la plante.
Cette recherche est un exemple impressionnant de la manière dont la biotechnologie peut être utilisée pour garantir la sécurité alimentaire. Avec le soutien du Temasek Life Sciences Laboratory et du Temasek Trust, l'équipe de recherche vise désormais à commercialiser le riz à faible teneur en arsenic et en cadmium au bénéfice des riziculteurs et des consommateurs, et cette approche présente un grand potentiel pour améliorer la santé humaine et sauver des vies. .
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Gui, Y., Teo, J., Tian, D., & Yin, Z. (2024). Ingénierie génétique du grain de riz à faible teneur en arsenic et en cadmium. Journal de botanique expérimentale, 75 (7), 2143-2155. https://doi.org/10.1093/jxb/erad495.
Mareike Jezek
Le Dr Jezek est rédacteur adjoint du Journal of Experimental Botany, l'une des revues officielles de la Society for Experimental Biology.
