Des gènes impliqués dans le transport du zinc dans les graines
Publié par Adrien le 13/04/2016 à 12:00
Source: CNRS-INEE
Selon l'organisation mondiale de la santé, environ 2 milliards de personnes souffrent de déficience en fer (Fe) et en zinc (Zn). La carence en zinc serait responsable d'environ 16% des infections des voies respiratoires inférieures, 18% du paludisme (Le paludisme (du latin paludis, « marais »), aussi appelé malaria (de l'italien mal'aria, « mauvais air »), est une maladie infectieuse due à un parasite du genre Plasmodium, propagée...) et de 10% des maladies diarrhéiques dans le monde (Le mot monde peut désigner :). Ce micronutriment est normalement apporté à l'organisme par la nourriture. Malheureusement, les céréales qui représentent une part importante des apports nutritionnels dans le monde, sont pauvres en zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.). Pour pallier ces carences alimentaires, des scientifiques travaillent sur des solutions dites de biofortification qui permettraient d'enrichir les graines en éléments nutritifs. Dans un article paru dans Nature Plants, deux communautés de chercheurs ont allié leurs compétences en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) moléculaire et en spectroscopie pour identifier les gènes impliqués dans le transfert du zinc de la plante-mère aux graines consommables, première étape indispensable, pour chercher à obtenir une sur-expression de ces gènes et augmenter leur teneur en zinc.


Cartographie de la distribution du Ca (vert) et du Zn (rouge) obtenue par µPIXE sur la microsonde nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) du CEA de Saclay sur des coupes de graines d'Arabidopsis thaliana sauvage (wild type: WT) ou de mutants dont un ou 2 gènes ont été désactivés (HMA2, HMA4). Barre d'échelle: 50 µm. ©Camille Larue

La biofortification des céréales est une méthode prometteuse pour lutter contre la malnutrition (La malnutrition désigne un état pathologique causé par la déficience ou l'excès d’un ou plusieurs nutriments. L'apport alimentaire anormal peut provenir d'une nourriture en quantité...) dans le monde. Le cas le plus connu est celui du riz (Le riz est une céréale de la famille des Poacées ou Graminées, cultivée dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées chaudes pour son fruit, ou caryopse, riche en...) doré développé à l'Ecole Polytechnique fédérale de Zurich pour combler des carences en vitamine A (La vitamine A est une vitamine liposoluble.). Pour arriver à de tels résultats, il est d'abord important de comprendre le fonctionnement précis de la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les...) et notamment d'identifier les gènes qui jouent un rôle dans l'accumulation et la distribution des éléments. Ainsi, un consortium rassemblant des chercheurs de différents pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui...) européens s'est formé pour comprendre quels gènes sont impliqués dans le transfert du zinc de la plante-mère vers la partie consommable de la graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est...).

L'étude a porté sur la plante modèle Arabidopsis thaliana aussi appelée Arabette des dames, dont le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains...) est aujourd'hui complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à...) séquencé. Après des tests préliminaires et en passant en revue la littérature scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) traitant de l'homéostasie du zinc chez A. thaliana, les chercheurs se sont concentrés sur deux gènes: HMA2 et HMA4 (pour HEAVY METAL ATPase). Les transporteurs codés par ces deux gènes ont été localisés au niveau de l'enveloppe de la graine. La création de mutants dépourvus de ces transporteurs montre une très nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au...) diminution de la concentration en zinc dans l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) de la graine.

Au sein du consortium, les équipes des laboratoires Ecologie fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument....) et environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) (ECOLAB - CNRS/Univ. Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse), Nanosciences et innovation pour les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), la biomédecine et l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (NIMBE - CNRS/CEA) et de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) Paul Scherrer en Suisse ont collaborés pour étudier la distribution et les concentrations locales en zinc dans les graines. Pour ce faire, des techniques spectroscopiques de pointe telles que la micro fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »)....) X sur rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs circulaires.) ou encore l'émission de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) X induite par particules, couplée à de la spectroscopie de rétrodiffusion Rutherford sur la microsonde nucléaire du CEA de Saclay (cf Figure) ont été utilisées. Le blocage du zinc au niveau de l'enveloppe de la graine dans les mutants HMA2 et HMA4 a ainsi pu être confirmé.

L'approche interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) utilisée dans ce travail alliant la biologie moléculaire à la spectroscopie a permis de mettre en évidence l'implication de deux gènes dans le transfert du zinc dans l'embryon de la graine. Les prochaines étapes du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) sont d'étudier la possible transposition de ces résultats à des plantes d'intérêt agricole telles que le blé (« Blé » est un terme générique qui désigne plusieurs céréales appartenant au genre Triticum. Ce sont des plantes annuelles de la...) ou le riz et de tenter de sur-exprimer ces gènes pour augmenter l'accumulation en zinc.
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