Une nouvelle étude révèle comment l'uranium empoisonne les plantes – des découvertes qui pourraient contribuer aux efforts de dépollution des sols contaminés à l'uranium grâce aux plantes. Ces recherches, menées par Xi Chen et ses collègues, ont été publiées dans Botanique environnementale et expérimentale, trouvé L'uranium perturbe le métabolisme de l'azote et le repliement des protéines dans les cellules végétales.Ces recherches permettent de comprendre pourquoi les métaux lourds freinent la croissance des plantes. La compréhension de ces effets toxiques peut aider à identifier les plantes les plus tolérantes à l'uranium pour la phytoremédiation, qui consiste à utiliser les plantes comme des éponges vivantes pour absorber et éliminer les polluants des sols et des eaux contaminés.
Les chercheurs ont examiné les effets de l'uranium sur les radis et les fèves. Ils ont constaté que l'exposition à l'uranium avait des effets plus graves sur la croissance des plants de fèves par rapport à radis plantes, indiquant que le radis a une tolérance plus élevée au métal lourd. L'une des raisons était due à la façon dont les plantes traitaient l'azote.
Les chercheurs ont découvert que l'uranium augmentait l'absorption d'azote dans le radis en augmentant l'activité d'une enzyme clé appelée nitrate réductase qui aide les plantes à transformer l'azote. Mais dans la fève, l'uranium a nui au traitement de l'azote en diminuant l'activité de la nitrate réductase et d'une autre enzyme liée à l'azote appelée glutamine synthétase.
L'uranium a également causé stress à une cellule végétale importante structure appelée réticulum endoplasmique, impliquée dans la production de protéines dans les deux plantes. Le réticulum endoplasmique est responsable du repliement et du traitement des protéines afin qu'elles aient la forme et la fonction appropriées. L'uranium a provoqué un mauvais repliement des protéines du réticulum endoplasmique, déclenchant les systèmes de contrôle de la qualité des cellules végétales qui tentent de se replier ou d'éliminer les protéines défectueuses. Cependant, le radis les plantes pourraient traiter plus efficacement avec le mauvais repliement des protéines induit par l'uranium en accélérant les systèmes qui identifient et détruisent les protéines mal formées.
L'uranium est un métal lourd qui peut contaminer le sol et les eaux souterraines autour des sites miniers et nucléaires. Cependant les plantes n'ont pas besoin l'uranium pour se développer, certaines espèces peuvent absorber et accumuler l'uranium des sites contaminés par leurs racines. Cela a conduit à l'intérêt d'utiliser des plantes pour nettoyer les zones polluées par l'uranium grâce à un processus appelé phytoremédiation. Cependant, l'uranium est toxique pour la plupart des plantes, retardant leur croissance et contrecarrant les efforts de nettoyage. En comprenant les effets toxiques de l'uranium dans les plantes, les scientifiques espèrent identifier et développer des les espèces végétales pour améliorer la phytoremédiation.
Pour découvrir les effets toxiques de l'uranium, les chercheurs ont cultivé des radis et fève plantes en hydroponie dans des solutions nutritives. Après avoir laissé les plantes se développer pendant 10 jours, ils les ont exposées à une concentration d'uranium de 25 micromoles par litre pendant 3 jours.
Les expériences ont révélé que l'uranium s'accumulait à des niveaux plus élevés dans radis racines mais a inhibé plus sévèrement la croissance des fèves en termes de biomasse plus faible et de brunissement des racines. En analysant la teneur en azote, l'équipe a découvert que l'uranium augmentait les niveaux de composés azotés assimilés dans les radis mais les diminuait dans les fèves. Conformément à ce schéma, l'activité de l'enzyme clé du métabolisme de l'azote, la nitrate réductase, a augmenté de près de 3 fois dans les radis traités à l'uranium, mais a diminué de plus de 25 % dans les fèves.
En regardant à l'intérieur des cellules végétales, les chercheurs ont découvert que l'uranium provoquait un mauvais repliement des protéines dans le réticulum endoplasmique, un organite impliqué dans le traitement des protéines. Cependant, les plants de radis pourraient traiter plus efficacement ces protéines malformées en activant les systèmes d'élimination des protéines - vingt-sept gènes apparentés ont été régulés à la hausse dans les radis, avec dix gènes régulés à la baisse. En comparaison, seuls neuf gènes étaient régulés à la hausse dans les fèves, tandis que douze étaient régulés à la baisse. Ce contrôle supérieur de la qualité des protéines du radis lui permet probablement de mieux gérer le stress uranifère que les fèves.
Les résultats de Chen et ses collègues ont montré comment l'uranium inhibe la croissance des plantes au niveau moléculaire en interférant avec les processus clés d'assimilation de l'azote et de production de protéines. Ces découvertes ouvrent la voie à une adaptation optimale phytoremédiation des usines capables de résister aux impacts toxiques de l'uranium. De telles « super plantes » spécialement sélectionnées pourraient fournir une solution d'assainissement écologique pour nettoyer les sols et les eaux souterraines pollués par l'uranium.
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Chen, X., Dang, Y.-X., Li, Q.-L., Li, W., Xie, M.-T., Wang, M.-X., Tao, M.-F., Zhao, S.-S., Lai, J.-L. et Wu, G. (2023) «L'uranium affecte le métabolisme de l'azote et l'homéostasie des protéines du réticulum endoplasmique chez les plantes., " Botanique environnementale et expérimentale, 213(105444), p. 105444. Disponible à : https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105444.
