Pourquoi et comment améliorer la nutrition en fer des plantes

Nutrition des plantes :
Innover pour une agriculture
compétitive et durable
15 & 16 novembre 2012 - Montpellier SupAgro INRA

www.rencontres–qualimediterranee.fr

Pourquoi et comment
améliorer la nutrition en fer
des plantes ?

BRIAT Jean-François /CNRS-UMR B&PMP

Pourquoi et comment améliorer la nutrition
en fer des plantes ?
Le fer est un élément essentiel du monde
vivant

• 4ème élément le plus abondant sur la planète

• Fe = métal de transition
• Fe2+ = fer ferreux, réduit
• Fe3+ = fer ferrique, oxydé
• Impliqué dans toutes les réactions d’oxydo-réduction et
dans les chaînes de transfert d’électrons des cellules

Mais….

Le fer est un facteur limitant de la production de
biomasse
• Fer = facteur limitant dans 30 à 40 % des océans pour la production
primaire de phytoplancton (Martin & Fitzwater 1988 Nature 331: 341-343)

• Egalement facteur limitant pour la production de biomasse des
végétaux supérieurs (Ravet et al 2009 Plant Journal 57: 400-412 )


Le fer est peu disponible

Fe3+ Fe2+

pH > 7

Fe(OH)3 insoluble

• 1 / 3 des sols cultivés sont concernés (sols calcaires)
• Carence en fer = chlorose inter-nervaire


La chlorose ferrique impacte le rendement et la
qualité des produits végétaux
Chloroplastes = organites des feuilles contenant la chlorophylle
+ photosynthèse : assimilation CO2 ---> squelette C des
molécules organiques
+ N et S assimilation ---> Synthèse des Acides Aminés et
des Vitamines

+ Fe - Fe


La qualité des produits végétaux (contenu en fer)
impacte la santé humaine
• La diète de 2/3 de la population mondiale repose sur des produits
végétaux
• 100 g de farine de céréales contiennent moins de 10% de la
recommandation journalière d’apport de fer.

En conséquence :

• 3 milliards d’humains sont carencés en fer (retard du
développement psycho-moteur, fatigue chronique, plus grandes
susceptibilité aux infections …)
source : http://www.who.int/nutrition/topics/ida/en/index.html


Le chlorose ferrique est réversible

• 50% de fer et de chlorophylle en moins dans les feuilles après
dix jours de carence en fer
• Réversible 48 h après apport de fer.


Le fer en excès peut-être toxique
(Superoxide ion )
Fe2+ + O2  Fe3+ + O2•-
Stress Oxydatif
Fe2+ + H2O2  Fe3+ + HO•
+ HO-
(Hydroxyl radical)

Reaction de Fenton

• Humains = hémochromatose
• Plantes = « bronzing » (Riz)


Les acteurs moléculaires de la nutrition en fer :
acquisition du fer par les racines
SOIL ROOTS
H+ AHA2
H+ NON-GRAMINEES
Fe3+ FRO2
Fe2+ IRT1 Fe2+

Phytosiderophores
PS TOM1 PS
YS1 Fe3+-PS GRAMINEES
Fe3+-PS
• Avantage écologique
des graminées en sol • 2 principes :
calcaire • réduction
• chélation

distribution entre organes et tissus

• Combinatoire de transporteurs
membranaires et de petites
molécules organiques (citrate et
nicotianamine) affines pour Fe2+ et
/ ou Fe3+
(Curie et al 2009 Ann Bot 103: 1-11)

• Les 2 principes réduction et
chélation s’appliquent aussi à ce
niveau


répartition intracellulaire
• Trois compartiments clés du métabolisme
cellulaire du fer : vacuoles, mitochondries et
chloroplastes
• Répartition coordonnée du fer entre ces trois
compartiments par transporteurs membranaires,
petites molécules organiques affines du fer, en
utilisant les deux principes de réduction et de
chélation
• Machineries de biogenèse de l’hème et des
centre Fe-S dans chloroplastes et mitochondries
= cœur du métabolisme cellulaire (respiration /
photosynthèse) et donc de la production végétale

(Briat et al 2007 Curr Opin Plant Biol 10: 276-282)

Les solutions agronomiques : cibler les
variables réduction et / ou chélation
• Augmenter la disponibilité du fer du sol : acidification,
amendements organiques (acides humiques) et phosphatés

• Pratique culturale : cultures alternées graminées / non graminées
(avantageux pour non graminées mais pas l’inverse)

• « Fer – tilisation » : chélates organiques (Fe-EDDHA =
sequestrène; monopole CIBA GEIGY (BASF depuis 2009)
• cher donc réservé aux cultures à haute valeur ajoutée
• apport annuel
• EDDHA entre dans la plante


Les solutions génétiques (amélioration des
plantes)
• Variabilité naturelle du contenu en fer : pour les graines entre 5 et
22 mg x kg-1 chez le riz, 10 et 160 mg x kg-1chez le maïs et 15 et
360 mg x kg-1 chez le blé (White and Broadley 2005 Trends Plant Sci 10: 386-593)

• Cependant les variétés cultivées ont faibles niveaux en fer =
minimum journalier requis dans la diète pas atteint. [Fe] grains de
blé stable entre 1845 et 1960, puis décroit rapidement depuis
introduction des variétés à haut rendement (Fan MS et al 2008 J Trace Elem
Med Biol 22: 315-324)

• Programmes amélioration contenu minéral des graines de
légumineuses (introgression, utilisation marqueurs moléculaires)


Les solutions biotechnologiques
(transgenèse) pour la nutrition des plantes

• Levée de chlorose et augmentation du rendement en grain d’un
facteur 8 de riz cultivé en sol calcaire après manipulation par génie
génétique de ses propriétés
• de réduction (surexpression réductase ferrique des racines
[Ishimaru et al 2007 PNAS 104 : 7373-7378])
• de chélation du fer (augmentation production sidérophores
par surexpression de la nicotiananmine aminotransférase
[Takahashi et al 2001 Nature Biotech 19 : 466-469])


Les solutions biotechnologiques (transgenèse)
pour la qualité des produits végétaux
(biofortification)
(Murgia et al 2011 Trends Plant Sci 17: 47-55)
• Plantes (laitue, maïs, riz, banane …) surexprimant les ferritines (Lucca
et al 2002 J Am Coll Nutr 21: 184S-190S)
• crée un puits de fer
• induit les systèmes de transport des racines
• 1,5 à 3 fois plus de fer dans les organes ciblés (feuilles,
graines)
• Nicotianamine (NA) et transporteur YSL =
• Facteur limitant pour acheminement Fe dans les graines
• Riz transgénique surexprimant NA synthase, YSL et ferritine =
X [Fe] et [Zn] grains par 4,4 à 6 fois et 1,6 fois respectivement
(Masuda et al 2012 Scientific Report 2 : 543)


www.rencontres-qualimediterranee.fr

Pourquoi et comment améliorer la nutrition en fer des plantes

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Andere mochten auch

Andere mochten auch (19)

Mehr von Pôle de compétitivité Qualiméditerranée

Mehr von Pôle de compétitivité Qualiméditerranée (18)

Pourquoi et comment améliorer la nutrition en fer des plantes