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 vient de découvrir 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. En outre, la Suisse compte quelques points chauds naturels où l’arsenic se trouve à des concentrations supérieures à la moyenne. C’est le cas du sol de Liesberg, dans le canton de Bâle-Campagne.
« Le problème particulier pour les plantes est que l’arsenic se comporte chimiquement de la même manière que le phosphore », a déclaré 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 », a expliqué Schlaeppi. En conséquence, de plus en plus de substance toxique s’accumule dans la biomasse et pénètre dans la chaîne alimentaire. À long terme, cela affecte négativement la santé humaine. Une forte exposition à l’arsenic peut causer des dommages neurologiques et le cancer, par exemple.
Mais comme l’équipe de Schlaeppi l’a maintenant rapporté 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 y avait déjà des preuves que le maïs absorbe moins d’arsenic que d’autres espèces végétales », a déclaré Schlaeppi.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont cultivé 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’une anomalie 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.
Le résultat a été 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 fourni la preuve que la présence de benzoxazinoïdes dans le sol réduisait l’absorption d’arsenic par les plantes », a déclaré Schlaeppi.
Ensuite, les chercheurs ont voulu trouver 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, des 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 sorte qu’il ne peut plus être absorbé par la racine », a expliqué Schlaeppi. À l’heure actuelle, on ne sait toujours pas quels sont les processus chimiques impliqués.
D’autres expériences ont montré que l’effet positif des benzoxazinoïdes dans le sol persistait 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 dans des endroits contaminés par l’arsenic des variétés de plantes qui libèrent plus de benzoxazinoïdes », explique Schlaeppi. Les plantes hyper-émettrices pourraient être générées par sélection classique ou des modifications génétiques ciblées. « De cette façon, nous pourrions être plus certains que moins d’arsenic entre dans la chaîne alimentaire », a-t-il ajouté.
