Éviter le cadmium toxique du riz, la voie génétique

À Pokkali, en raison de l'OsNramp5 dupliqué, les racines absorbent plus de Mn et de Cd dans les cellules racinaires par rapport aux autres variétés de riz (par exemple, Koshihikari). La plupart du Cd absorbé par OsNramp5 est séquestré dans les vacuoles par OsHMA3, tandis que la plupart du Mn est transloqué vers les pousses par OsMTP9. Une concentration plus élevée de Mn dans les cellules racinaires entre en compétition avec le Cd pour un transporteur d'efflux non identifié, entraînant une diminution de la charge de Cd dans le xylème et par la suite dans les pousses et les grains. La flèche en pointillé montre une diminution de la charge de Cd par un Mn élevé. Les couleurs cyan et violet indiquent respectivement Mn et Cd. Crédit :Jian Feng Ma, Université d'Okayama

Le riz est un aliment de base pour près de la moitié de la population mondiale. Cependant, il accumule plus de cadmium du sol que d'autres céréales comme l'orge et le blé. Les rapports estiment que 40 à 65 % de notre consommation totale de cadmium, un métal lourd toxique, provient du riz. La consommation de riz contaminé au cadmium présente un risque grave pour la santé humaine, des conditions telles que la maladie Itai-itai étant associées à un apport élevé en cadmium.

Des efforts ont déjà été faits pour réduire la quantité de cadmium dans le riz grâce à des méthodes telles que l'importation de sols propres, la gestion de l'eau et le mélange de sols contaminés avec du biochar et de la chaux. Cependant, ces méthodes sont longues et coûteuses. Pour y remédier, les scientifiques se sont tournés vers le croisement pour cultiver du riz qui accumule moins de cadmium.

« Nous travaillons depuis longtemps sur les mécanismes d'accumulation du cadmium dans le riz et l'orge et avons identifié plusieurs gènes clés impliqués dans son accumulation », explique le professeur Jian Feng Ma, affilié à l'Institut des sciences et ressources végétales de Université d'Okayama, Japon. Récemment, le professeur Ma a publié un article dans la revue Nature Food détaillant les mécanismes génétiques qui jouent un rôle dans ce processus.

Après avoir examiné 132 accessions de riz, le professeur Ma et les membres de son groupe de recherche ont découvert que le gène OsNramp5, lorsqu'il était dupliqué en tandem, réduisait l'accumulation de cadmium chez Pokkali, une variété de riz cultivée depuis 3000 ans au Kerala, Inde. Selon des rapports précédents, OsNramp5 code pour une protéine de transport du cadmium et du manganèse dans le riz. Le même gène, lorsqu'il est dupliqué en tandem, augmente l'absorption des deux minéraux dans les cellules racinaires. Par conséquent, le manganèse entre en compétition avec le cadmium dans les cellules pour la translocation vers les pousses, ce qui réduit à son tour l'accumulation de cadmium dans ces parties.

Les scientifiques ont découvert que sur les 132 accessions de riz, la duplication en tandem d'OsNramp5 n'a été trouvée naturellement qu'à Pokkali, qui peut pousser dans un sol côtier chargé de sel.

Les chercheurs ont également noté que le niveau d'expression spatiale d'OsNramp5 était toujours environ deux fois plus élevé dans les racines de Pokkali que dans les racines de Koshihikari.

Comme Pokkali stocke extrêmement peu de cadmium dans ses pousses, les scientifiques ont introgressé (un terme désignant le transfert d'informations génétiques entre les espèces) le gène OsNramp5 dupliqué dans Koshihikari, une variété de riz très populaire au Japon mais qui accumule des niveaux relativement élevés de cadmium. Expliquant comment la sélection ciblée peut aider les humains, le professeur Ma dit qu'ils "ont identifié un gène responsable de l'accumulation différentielle de cadmium dans le grain de riz sur la base des variations naturelles de l'accumulation de cadmium. Ensuite, nous avons appliqué ce gène pour sélectionner avec succès des cultivars de riz à faible accumulation de cadmium. dans le grain."

L'équipe a découvert que le cultivar Koshihikari avec le gène dupliqué accumulait des quantités significativement plus faibles de cadmium sans compromettre la qualité ou le rendement du grain.

Racontant les avantages d'une variété de riz à faible accumulation de cadmium, le professeur Ma explique que "le cadmium est un métal lourd toxique et menace notre santé à travers la chaîne alimentaire. Notre étude a fourni un matériel utile pour la sélection de variétés de riz à faible accumulation de cadmium, qui contribue à produire des aliments sûrs et sains. Nous espérons que ce gène sera largement utilisé dans la sélection de différents cultivars de riz à faible accumulation de cadmium. Cela nous protégera de l'empoisonnement au cadmium. + Explorer plus loin