Inactivation des gènes OsPht1;9-1;10 réduit l’accumulation d’arsenic dans les grains de riz (Oryza sativa)

Pourquoi la sécurité du riz importe

Pour des milliards de personnes, en particulier en Asie, le riz est consommé chaque jour. Pourtant, dans de nombreuses régions, l’eau et les sols employés pour la culture du riz contiennent de l’arsenic, un élément toxique associé à des cancers et à d’autres maladies graves. Comme les plants de riz sont particulièrement efficaces pour extraire l’arsenic du sol et l’acheminer vers leurs grains, notre bol quotidien de riz peut devenir une source importante d’exposition. Cette étude examine une manière d’obtenir des plants de riz qui incorporent beaucoup moins d’arsenic dans leurs grains — sans sacrifier le rendement ni les nutriments essentiels — offrant une voie vers des aliments de base plus sûrs.

Comment l’arsenic s’immisce dans le riz

Dans les rizières inondées, l’arsenic existe principalement sous deux formes, dont l’une, l’arsénate, ressemble fortement au phosphate, un nutriment végétal vital. Les racines du riz dépendent de protéines spécialisées, de véritables « portes », pour absorber le phosphate du sol. Parce que l’arsénate s’apparente au phosphate, il peut franchir ces mêmes portes et se retrouver transporté dans la plante. Des travaux antérieurs avaient montré que désactiver certaines de ces portes pouvait réduire l’entrée d’arsenic, mais cela privait souvent la plante en phosphate et diminuait fortement le rendement en grains. Le défi a donc été d’identifier des portes que l’arsénate utilise, mais dont le riz ne dépend pas fortement pour son approvisionnement en nutriments.

Repérer les bonnes portes à cibler

Le riz possède au moins 13 transporteurs apparentés du groupe Pht1. Les auteurs se sont concentrés sur deux d’entre eux, nommés OsPht1;9 et OsPht1;10, car des données antérieures suggéraient qu’ils réagissaient fortement à l’exposition à l’arsénate. En examinant l’activité génique dans des racines de riz exposées à l’arsénate et à des niveaux de phosphate faibles ou élevés, l’équipe a constaté qu’OsPht1;10, en particulier, s’exprime lorsque l’arsénate est présent dans des conditions de phosphate normales. Des tests dans des cellules de levure modifiées, dépourvues de leurs propres transporteurs de phosphate, ont montré que OsPht1;9 et OsPht1;10 sont très efficaces pour importer l’arsénate dans les cellules — davantage même qu’un transporteur d’arsénate à haute capacité connu précédemment.

Concevoir un riz qui bloque l’arsenic sans priver de nutriments

Pour comprendre le rôle de ces portes dans les plantes réelles, les chercheurs ont utilisé l’édition génique CRISPR pour créer des lignées de riz dans lesquelles OsPht1;9 et OsPht1;10 étaient toutes deux perturbées. En hydroponie, ces plantes double-mutantes se sont mieux développées que les plantes normales en présence d’arsénate, avec des racines plus longues et une plus grande tolérance. Les mesures ont révélé que leurs parties aériennes contenaient 46 à 66 % d’arsenic en moins, et la sève transportant l’eau et les nutriments des racines vers les feuilles renfermait jusqu’à un tiers d’arsenic en moins. Fait important, à des niveaux de phosphate typiques, les plantes éditées n’affichaient pas de réduction du contenu en phosphate, ce qui suggère que d’autres transporteurs compensaient facilement l’absorption des nutriments tandis que l’entrée d’arsénate via OsPht1;9 et OsPht1;10 était fortement réduite.

Essais en champ sur sols réels

Les tests en laboratoire peuvent être prometteurs mais doivent être confirmés sur le terrain. L’équipe a donc cultivé les plantes éditées et les plants témoins pendant des saisons complètes dans des sols contaminés par l’arsenic à deux sites du sud de la Chine, sur plusieurs années. Dans toutes les expériences, les plants privés à la fois d’OsPht1;9 et d’OsPht1;10 ont produit des rendements en grain comparables au riz classique, montrant que leur vigueur globale n’était pas compromise. Pourtant, les niveaux d’arsenic dans les plantes entières ont diminué jusqu’à 62 %, et l’arsenic dans les grains a chuté d’environ 19 à 67 %, selon l’année et le site. Les mutants monogéniques, où seul OsPht1;9 ou OsPht1;10 était altéré, n’ont pas montré de réductions cohérentes, ce qui souligne que les deux portes doivent être fermées pour réduire de manière significative le flux d’arsenic vers le grain.

Ce que cela signifie pour un riz plus sûr

Ce travail identifie OsPht1;9 et OsPht1;10 comme des « vannes » génétiques clés qui font entrer l’arsénate dans le riz sans être essentielles à la nutrition phosphatée de la plante dans des conditions agricoles habituelles. En modifiant les deux gènes, les chercheurs ont créé des lignées de riz qui accumulent beaucoup moins d’arsenic dans leurs grains tout en conservant des rendements et des micronutriments normaux. Étant donné que de nombreux pays restreignent les approches transgéniques ajoutant de l’ADN étranger, ces cibles d’édition de gènes natifs — et les variantes naturellement présentes des mêmes gènes — offrent une voie pratique pour les sélectionneurs souhaitant développer des variétés de riz à faible teneur en arsenic. À long terme, de telles cultures pourraient contribuer à réduire une source cachée majeure d’exposition à l’arsenic pour des millions de personnes dépendant du riz comme aliment de base quotidien.

Citation: Feng, H., Chen, C., Xu, M. et al. Knocking out OsPht1;9-1;10 genes decreases arsenic accumulation in rice (Oryza sativa) grains. Commun Biol 9, 518 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09741-5

Mots-clés: arsenic dans le riz, transporteurs de phosphate, plantes génétiquement modifiées par édition génique, sécurité alimentaire, amélioration du riz