fr.wedoany.com Rapport : Le Dr Huang Sheng et le professeur Ma Jianfeng de l'Institut des sciences végétales et des ressources de l'Université d'Okayama, au Japon, en collaboration avec l'équipe du professeur Li Jiayang de l'Institut de génétique et de biologie du développement de l'Académie chinoise des sciences, ont utilisé une technique d'édition de bases précise pour découvrir une mutation ponctuelle bénéfique dans le gène du transporteur métallique du riz, OsNramp5. Ils ont ainsi réussi à développer une lignée de riz dont la teneur en cadmium est réduite de 48 %, sans affecter l'absorption des nutriments essentiels ni le rendement.

La pollution par le cadmium constitue une menace sérieuse pour la sécurité alimentaire mondiale. En tant que métal lourd toxique et cancérigène, le cadmium peut s'accumuler dans les sols agricoles par le biais de l'industrialisation et de l'urbanisation, puis pénétrer dans la chaîne alimentaire humaine. Le riz est particulièrement vulnérable, car il absorbe plus de cadmium que les autres principales céréales, devenant ainsi la principale source d'exposition alimentaire au cadmium pour près de la moitié de la population mondiale. Bien que les chercheurs aient longtemps cherché à développer des variétés de riz à faible teneur en cadmium, les méthodes existantes réduisent souvent l'absorption des nutriments essentiels ou affectent la croissance et le rendement des cultures, limitant ainsi leur utilité pratique.

L'équipe de recherche a réalisé une mutagenèse saturée du gène OsNramp5, générant plus de 1600 lignées de riz éditées par génome à l'aide d'éditeurs de bases adénine et cytosine. En criblant des centaines de lignées, ils ont identifié des variants qui réduisent l'accumulation de cadmium tout en maintenant une absorption normale de manganèse et des performances végétales. L'étude a révélé que le remplacement de l'acide aminé à la position 441, de l'isoleucine par la thréonine (OsNramp5I441T), donnait les résultats les plus prometteurs. Ces résultats ont été publiés le 18 juin 2026 dans le volume 123 des Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis (PNAS).

Après avoir identifié le mutant le plus prometteur, les chercheurs ont mené des analyses physiologiques détaillées, des études d'expression génique, des expériences de localisation des protéines, des tests de transport chez la levure et des essais en champ sur des sols contaminés par le cadmium. Les résultats montrent que la mutation OsNramp5I441T réduit l'accumulation de cadmium dans les tiges, les feuilles et les grains, sans modifier l'expression génique, l'abondance des protéines, la localisation cellulaire ni le rendement. Lors des essais en champ, la concentration de cadmium dans le riz brun a diminué de 48 %, passant de 0,14 mg/kg chez les plantes sauvages à 0,07 mg/kg chez les plantes éditées, tandis que les concentrations de micronutriments essentiels tels que le fer, le manganèse et le zinc sont restées inchangées.

Des recherches supplémentaires ont révélé le mécanisme d'action de ce changement d'un seul acide aminé. On sait qu'OsNramp5 transporte le manganèse et le cadmium, mais les chercheurs ont découvert qu'il transporte également le zinc. La mutation I441T augmente la préférence du transporteur pour le zinc, ce qui entraîne une accumulation accrue de zinc dans les cellules racinaires. Ce zinc élevé entre ensuite en compétition avec le cadmium lors du transport des racines vers les parties aériennes, réduisant ainsi le mouvement du cadmium vers les parties aériennes et, finalement, vers les grains. Cette mutation ne bloque pas complètement l'absorption du cadmium, mais limite sélectivement son transport, résolvant ainsi le défi de longue date consistant à réduire le cadmium dans les grains sans perturber l'approvisionnement en minéraux essentiels de la plante.

Cette étude offre une solution pratique pour améliorer la sécurité alimentaire grâce à une sélection de précision. Les stratégies existantes pour réduire le cadmium dans le riz, notamment l'amendement des sols, la gestion de l'eau ou l'inactivation complète d'OsNramp5, peuvent être coûteuses, longues ou affecter la croissance des plantes en raison du transport simultané du manganèse, un nutriment essentiel, par OsNramp5. En modifiant un seul acide aminé plutôt qu'en supprimant l'ensemble du gène, les chercheurs ont considérablement réduit les niveaux de cadmium tout en maintenant une croissance normale, un rendement et une accumulation de micronutriments essentiels. Le professeur Ma Jianfeng a expliqué que son équipe étudie l'accumulation de cadmium dans le riz depuis plus de 20 ans et a identifié plusieurs gènes clés. Étant donné qu'OsNramp5 transporte également des métaux essentiels, l'objectif de l'équipe était de modifier sa sélectivité métallique plutôt que d'éliminer sa fonction, ce qui a conduit à l'obtention de cette mutation ponctuelle.

Les chercheurs estiment que l'allèle OsNramp5I441T nouvellement identifié pourrait accélérer le développement de variétés de riz à faible teneur en cadmium adaptées à la culture sur des sols légèrement contaminés, tout en maintenant la productivité et la qualité nutritionnelle. Le professeur Ma Jianfeng a conclu : « Cette mutation offre une stratégie efficace pour réduire l'accumulation de cadmium dans les grains de riz sans sacrifier le rendement ni la nutrition minérale essentielle, ouvrant ainsi une voie prometteuse pour produire un riz plus sûr pour les consommateurs. »