Biofortifier les cultures avec du zinc pour améliorer la nutrition et la sécurité alimentaire
La sécurité alimentaire, c'est l’accès fiable à la nourriture en général, mais aussi aux vitamines et minéraux nécessaires. L’OMS estime que 2 milliards de personnes souffrent de «famine cachée», souvent une conséquence d’une alimentation essentiellement végétale possiblement dépourvue de certains micronutriments, en particulier de vitamine A, de fer et de zinc. On s’attend à ce que les changements climatiques exacerbent cette situation, avec l’augmentation des sécheresses qui menacent le bétail et la production végétale. En tandem, si le monde développé veut atteindre un mode de vie plus durable, il devra suivre un régime plus végétal, mais les bénéfices pour la santé associés doivent être équilibrés contre le risque de carences en micronutriments essentiels. Le projet PMTFOS a étudié une classe de protéines, appelées métallothionéines, qui transportent et stockent les métaux dans les céréales. Les métallothionéines végétales de type 4 se trouvent dans les graines de toutes les plantes à fleurs et dans les feuilles de plantes de la résurrection. Elles sont chargées en zinc, nécessaire au fonctionnement d’au moins 10 % de toutes les protéines humaines et impliqué dans tous les processus physiologiques majeurs. Cela aide aussi à redonner vie aux graines et aux feuilles après une sécheresse complète. Dans ce cas, les métallothionéines peuvent améliorer la valeur nutritive des céréales et les aider à résister à la sécheresse.
Analyse biophysique des protéines et expérimentation végétale
Les métallothionéines sont des protéines uniques avec la plus haute teneur en ions métalliques tels que le zinc. Le projet PMTFOS a caractérisé les propriétés de liaison aux métaux et les rôles physiologiques des métallothionéines du sorgho, tant au niveau des protéines individuelles que des plantes entières. Il a favorisé une nouvelle collaboration avec le phytogénéticien José Gutierrez-Marcos, professeur agrégé à l’École des sciences de la vie de Warwick. Il s’agit de la première application de CRISPR/Cas9 pour éditer les gènes de la métallothionéine dans l’Arabette des dames, afin d’explorer leur fonction dans les plantes. L’équipe de recherche, dirigée par Claudia Blindauer, professeure agrégée, a produit des protéines de métallothionéine pure de sorgho par expression recombinante dans des bactéries en présence de zinc, de cuivre ou de cadmium, donnant des protéines chargées en métal. Après analyse par spectroscopie et spectrométrie, ils ont constaté que chaque métallothionéine de sorgho a des préférences différentes en matière de liaison aux métaux, et en ont conclu que seule la métallothionéine de type 4 spécifique aux semences favorisait le zinc par rapport aux autres métaux, dont le cadmium toxique. «Cela signifie que les métallothionéines de type 4 ont le potentiel de biofortifier les cultures avec du zinc», explique Agnieszka Mierek-Adamska, boursière du programme Marie Skłodowska-Curie. «Mais nous avons découvert qu’une grande similitude entre les métallothionéines de type 4 de différentes espèces végétales ne garantit pas les mêmes propriétés de liaison aux métaux. Les futurs travaux doivent porter sur leur charge de métal dans la plante.»
Aliments sûrs, nutritifs, de qualité supérieure et abordables
Le projet PMTFOS s’est concentré sur le sorgho en tant que plante céréalière présentant une résistance inhabituelle à la sécheresse et à la chaleur. Actuellement une culture de base pour 500 millions de personnes en Afrique, en Amérique et dans le sous-continent indien, elle pourrait devenir plus répandue dans les régimes alimentaires européens dans le cadre d’une adaptation au changement climatique. Le sorgho peut également être une source puissante de nutraceutiques pour lutter contre l’obésité et les maladies cardiovasculaires, à condition que cela ne soit pas compromis par une faible biodisponibilité du zinc. L’équipe élargit la portée de ses travaux afin de déterminer si les métallothionéines végétales sont uniquement impliquées dans les réactions à des stress particuliers, ou si elles incarnent des protéines générales de réponse au stress, avec un grand potentiel pour de nouvelles cultures résistantes au stress. «L’analyse du fond moléculaire de la résistance à la sécheresse du sorgho sera cruciale pour d’autres cultures vitales, comme le blé, l’orge, le maïs ou le riz. Son génome relativement petit (3,4 fois plus petit que celui du maïs étroitement apparenté) en fait un excellent modèle végétal», ajoute Mme Mierek-Adamska.
Mots‑clés
PMTFOS, sécurité alimentaire, zinc, culture, sorgho, plante, nutrition, changement climatique, métallothionéines, résistance thermique, sécheresse
