Utiliser la génétique pour empêcher le cadmium d'entrer dans le riz.
La duplication d'un gène transporteur réduit l'accumulation de cadmium toxique dans le riz sans nuire à la qualité ou au rendement, selon les chercheurs.
Le riz est un aliment de base pour près de la moitié de la population mondiale. Cependant, comparé à d'autres céréales comme l'orge et le blé, il absorbe plus de cadmium du sol. Selon des rapports, le riz représente 40 à 65 % de notre consommation alimentaire totale de cadmium, un métal lourd toxique. Les personnes qui consomment du riz contaminé au cadmium font face à un danger important pour leur santé, car une consommation excessive de cadmium est liée à des conditions telles que la maladie Itai-itai.
Des efforts antérieurs ont été faits pour réduire la quantité de cadmium dans le riz en important du sol propre, en gérant l'eau et en combinant le sol contaminé avec du biochar et de la chaux. Ces techniques demandent néanmoins beaucoup de temps et d'argent. Pour y remédier, les scientifiques ont utilisé le croisement pour cultiver du riz qui accumule moins de cadmium.
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
"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 d'Okayama. Université, Japon. Récemment, le professeur Ma a récemment publié un article dans la revue Nature Food détaillant les mécanismes génétiques qui jouent un rôle dans ce processus.
Le professeur Ma et les membres de son équipe de recherche ont examiné 132 accessions de riz et ont découvert que le gène OsNramp5, lorsqu'il était dupliqué en tandem, diminuait l'accumulation de cadmium chez Pokkali, un type de riz cultivé depuis trois mille ans au Kerala, en Inde. OsNramp5 code pour une protéine de transport du cadmium et du manganèse dans le riz, selon des recherches antérieures. Lorsque le même gène est dupliqué en tandem, il augmente l'absorption des deux minéraux dans les cellules racinaires. En conséquence, le manganèse et le cadmium entrent en compétition dans les cellules pour la translocation vers les pousses, ce qui à son tour empêche le cadmium de s'accumuler dans ces régions.
Les chercheurs ont découvert que la duplication en tandem d'OsNramp5 était naturellement présente dans une seule des 132 accessions de riz, Pokkali, qui peut pousser dans des sols côtiers salés.
Les chercheurs ont également découvert que le niveau d'expression spatiale d'OsNramp5 était systématiquement environ deux fois plus élevé dans les racines de Pokkali que dans 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 déclare :« Nous avons 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 :« Le cadmium est un métal lourd toxique et menace notre santé tout au long de la chaîne alimentaire. Notre étude a fourni un matériel utile pour la sélection de variétés de riz à faible accumulation de cadmium, ce 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."
Référence :"La duplication d'un gène de transporteur de manganèse/cadmium réduit l'accumulation de cadmium dans le grain de riz" par En Yu, Wenguang Wang, Naoki Yamaji, Shuichi Fukuoka, Jing Che, Daisei Ueno, Tsuyu Ando, Fenglin Deng, Kiyosumi Hori, Masahiro Yano, Ren Fang Shen et Jian Feng Ma, 18 août 2022, Nourriture nature .
DOI :10.1038/s43016-022-00569-w
L'étude a été financée par la Société japonaise pour la promotion de la science.
