Le maïs se défend contre l’arsenic dans le sol

Plants de maïs dans le cadre d’une expérience en plein champ près de Liesb
Plants de maïs dans le cadre d’une expérience en plein champ près de Liesberg, Bâle-Campagne. (Photo : Veronica Caggìa)
Lorsque les cultures poussent sur des sols riches en arsenic, cet élément toxique s’accumule dans la chaîne alimentaire. Une étude menée avec la participation de l’Université de Bâle vient de mettre en évidence un mécanisme par lequel les plantes de maïs réduisent l’absorption d’arsenic : C’est une substance active spéciale, libérée par les racines dans le sol, qui en est responsable.

L’arsenic est un semi-métal toxique d’origine naturelle. On trouve des sols et des eaux pollués par l’arsenic partout dans le monde, en particulier dans les pays d’Asie du Sud-Est comme le Bangladesh, le Vietnam ou la Chine. Mais en Suisse aussi, il existe quelques points chauds où l’arsenic est naturellement présent en concentrations supérieures à la moyenne, comme dans les sols du petit village 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", explique Klaus Schläppi du département des sciences environnementales de l’université de Bâle. Le phosphore est un élément nutritif important que les plantes absorbent par les racines via des canaux de transport spéciaux. C’est par ces canaux que l’arsenic se faufile dans les plantes’. Ainsi, de plus en plus de cette substance toxique s’accumule dans la biomasse et entre dans la chaîne alimentaire. A la longue, cela nuit à la santé : une trop forte exposition à l’arsenic entraîne par exemple des troubles neurologiques chez l’homme et est cancérigène.

Les racines libèrent un antidote

Mais comme le rapporte l’équipe de Schläppi dans la revue spécialisée ’PNAS’, le maïs sait se défendre contre l’arsenic - et ce grâce à ce qu’on appelle des benzoxazinoïdes. Ces substances sont produites par la plupart des plantes du groupe botanique des graminées, dont font également partie le maïs et le blé. Le maïs produit une quantité particulièrement importante de benzoxazinoides, qui sont également libérés dans le sol par les racines. Il a été démontré que le maïs absorbe moins d’arsenic que d’autres espèces végétales", explique Schläppi.


Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont cultivé des plants de maïs une fois sur un sol sans arsenic et une fois sur un sol à forte teneur en arsenic. Ils ont également mené la même expérience en parallèle avec des plants de maïs qui ne pouvaient pas produire de benzoxazinoides en raison d’un défaut génétique. Schläppi a mené ces expériences en collaboration avec les groupes de recherche d’Adrien Mestrot et de Matthias Erb de l’Université de Berne.

Désamorcer l’arsenic

Le résultat était clair : le maïs de type sauvage, qui produisait des benzoxazinoides, poussait mieux sur des sols riches en arsenic et accumulait nettement moins d’arsenic dans sa biomasse que le maïs qui n’en sécrétait pas. Lorsque les chercheurs ont ajouté des benzoxazinoides au sol contenant de l’arsenic, les plantes mutantes étaient également protégées contre l’arsenic. Cela a fourni la preuve définitive que la présence de benzoxazinoides dans le sol réduit l’absorption d’arsenic par les plantes", explique Schläppi.

L’étape suivante a consisté pour les chercheurs à découvrir le mécanisme à l’origine de cet effet. Des analyses du microbiome des racines ont indiqué que les bactéries et les champignons n’étaient pas impliqués. Mais les analyses chimiques du sol ont montré qu’en présence de benzoxazinoides, une forme particulièrement toxique d’arsenic disparaît du sol. Nous supposons donc que les benzoxazinoides transforment l’arsenic de manière à ce qu’il ne puisse plus être absorbé par les racines.’ Toutefois, les processus chimiques à l’œuvre ne sont pas encore clairs pour le moment.

D’autres essais ont montré que l’effet positif des benzoxazinoïdes dans le sol persiste longtemps : Même une deuxième génération de maïs a continué à bénéficier des excrétions de benzoxazinoïdes de la première génération et a accumulé moins d’arsenic.

’Une application de ces connaissances serait de cultiver des lignées de plantes qui émettent particulièrement beaucoup de benzoxazinoides sur les sites contaminés par l’arsenic’, explique Schläppi. Une culture de plantes hyper-émettrices serait possible par des croisements classiques ou par des modifications génétiques ciblées. ’Nous aurions alors une plus grande certitude que moins d’arsenic entre dans la chaîne alimentaire’.

Publication originale


Veronica Caggìa et al.
Les métabolites spécifiques de la racine réduisent la toxicité de l’arsenic dans le maïs.
PNAS (2024), doi : 10.1073/pnas.2314261121