L'université de Foshan est la première à utiliser une méthode à base de nanoparticules pour réduire la présence de cadmium dans les cultures de riz
La pollution par le cadmium (Cd) est un défi agricole mondial urgent, en particulier dans les régions qui dépendent de la culture du riz comme aliment de base. Même à de faibles concentrations, le cadmium peut se déplacer rapidement à travers la filière sol-culture-homme et s'accumuler dans les organes vitaux, entraînant des lésions rénales, des troubles osseux et un risque accru de cancer. Alors que la contamination des sols continue d'augmenter en raison des activités industrielles et de l'utilisation excessive d'engrais, il est essentiel, pour la sécurité alimentaire future, d'identifier des stratégies sûres et évolutives pour réduire le transfert des métaux lourds dans les cultures vivrières.
Pour relever ce défi, une équipe de recherche dirigée par le Dr Lin Tao, avec le Dr Xuecheng Sun, le Dr Fangbai Li, le Dr Min Yu et des collègues du Centre international de recherche en biologie membranaire environnementale et du département d'horticulture de l'université de Foshan, Guangdong, Chine, a examiné comment les nanoparticules de molybdène (MoNP) appliquées par voie foliaire influencent le transport du cadmium, la signalisation cellulaire et les réponses de détoxification chez le riz. Leurs résultats démontrent comment les MoNP aident à protéger les plantes de la toxicité des métaux en modifiant à la fois les voies moléculaires et les systèmes de défense biochimiques. L'étude, publiée en ligne dans The Crop Journal le 23 octobre 2025, apporte une nouvelle compréhension mécaniste de l'atténuation du stress par les nanoparticules dans les cultures vivrières.
"Nous avons découvert que les MoNP pulvérisées par voie foliaire régulent à la baisse les gènes clés impliqués dans l'absorption du cadmium et la modification de la paroi cellulaire, en particulier ceux liés au transport du Cd et à la méthyl-estérification de la pectine", explique Tao. "Ce double effet régulateur réduit considérablement l'accumulation de Cd dans les tissus racinaires, limitant la quantité qui peut finalement atteindre les grains.
"Notre travail montre que les MoNP foliaires agissent à plusieurs niveaux de régulation pour bloquer le passage des métaux toxiques dans les organes comestibles des plantes", déclare Yu. "Cela représente une stratégie efficace et évolutive pour protéger le riz cultivé dans des sols contaminés.
Au-delà du transport des métaux, l'étude s'est concentrée sur le stress oxydatif, une conséquence majeure de la toxicité du Cd. En utilisant l'imagerie détaillée, l'équipe a découvert que le peroxyde d'hydrogène et les radicaux hydroxyles, deux espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui déclenchent de graves lésions cellulaires, s'accumulent principalement dans les zones d'élongation et de maturation des racines de riz, en particulier dans les sites de connexion entre les cellules voisines. Cette cartographie spatiale précise fait progresser les connaissances fondamentales sur l'endroit et la manière dont les dommages oxydatifs se forment initialement dans les racines vivantes.
Une autre découverte clé concerne la régulation des homologues de l'oxydase de la rafale respiratoire (RBOH), des protéines de la membrane plasmique responsables de la production de ROS. En cas de stress dû au Cd, les plants de riz non traités présentaient une accumulation excessive de RBOH, ce qui créait de dangereuses poussées de ROS. L'application de MoNP a supprimé l'expression du gène OsRBOHs, réduisant la localisation des RBOH à la membrane plasmique et empêchant les explosions oxydatives destructrices. Dans le même temps, les MoNP ont renforcé le cycle ascorbate-glutathion (ASA-GSH), une voie de défense antioxydante essentielle, améliorant ainsi la capacité de la plante à neutraliser les ROS. "En stabilisant l'environnement oxydatif de la plante, les MoNP favorisent une croissance normale même en présence de contaminants dans le sol", explique M. Sun.
Les avantages potentiels pour l'agriculture sont prometteurs. Le traitement foliaire aux MoNP offre aux agriculteurs une solution pratique et peu gourmande en intrants, qui peut être facilement intégrée dans les systèmes de culture existants. En contrôlant le transport du Cd à la source, c'est-à-dire à l'interface des racines de la plante, cette méthode réduit le mouvement des toxines dans la chaîne alimentaire. Dans les régions où l'assainissement des sols est économiquement irréalisable, de telles innovations peuvent contribuer à préserver la santé publique en réduisant l'exposition au Cd dans l'alimentation.
Pour l'avenir, la recherche permet également d'acquérir des connaissances fondamentales pour la protection des cultures contre de multiples stress abiotiques grâce aux nanotechnologies. "Le travail de l'équipe consistant à cartographier la distribution des ROS apoplastiques le long des apex des racines constitue une référence inestimable pour les scientifiques qui étudient la signalisation du stress sous l'effet de la salinité, de la sécheresse ou d'autres pressions environnementales", déclare M. Tao. "Les résultats de cette étude pourraient soutenir une nouvelle génération de stratégies agronomiques durables conçues pour protéger les rendements des cultures et garantir des aliments plus sûrs au cours des 5 à 10 prochaines années."
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