Phénotypage racinaire de variétés de blé tendre et de blé dur en vue de minimiser l’accumulation de métaux/métalloïdes traces dans la biomasse

Contexte & Objectifs
Parmi les éléments traces (ET) nocifs naturellement présents dans l’environnement, l’arsenic (As), le cadmium
(Cd), le nickel (Ni) et le plomb (Pb) sont particulièrement préoccupants pour l’agriculture. Prélevés dans le
sol par les racines des cultures puis transférés aux parties comestibles, ces éléments présentent des concentra-
tions dans les denrées alimentaires qui peuvent conduire à des risques sanitaires importants selon les études
d’écotoxicologie humaine (par exemple, Efsa, 2011, 2010). En Europe, le Cd est particulièrement surveillé.
Notamment en France, le Cd urinaire chez les adultes est fréquemment supérieur aux limites critiques tox-
icologiques (Oleko et al., 2021) et l’exposition alimentaire au Cd a été observée à la hausse, en particulier
à partir des produits dérivés des céréales, avec environ 15 % d’exposition excessive chez les enfants (Anses,
2011). Par conséquent, suite aux recommandations des autorités sanitaires, le règlement EC1881/2006 fixant
les teneurs maximales en Cd et Pb dans les denrées alimentaires a été récemment modifié afin de fixer des
limites plus strictes : le règlements EC915/2023 a établi de nouvelles limites pour le Pb et le Cd pour près de
40 nouveaux produits alimentaires et a abaissé certaines limites existantes. Pour le blé panifiable, la limite du
Cd a été réduite de 0,2 à 0,1 mg Cd/kg et celle du blé dur, qui accumule davantage de Cd, de 0,2 à 0,18 mg
Cd/kg. En France, les non-conformités des récoltes de blé sont en moyenne faibles (5 % des parcelles pour le blé
dur), mais dans certaines régions où la biodisponibilité du Cd dans les sols est élevée, elles peuvent atteindre 10
à 20 %. Bien que la biodisponibilité dans les sols soit le principal mécanisme régissant les teneurs en ET dans
les plantes, il est souvent difficile d’agir sur elle. A l’heure actuelle, les agriculteurs manquent de solutions pour
assurer la conformité de leurs récoltes à la réglementation sur les ET lorsque leurs sols sont à risque. Comme l’a
démontré le Canada pour le blé dur et le Cd (Clarke et al., 2010), une solution efficace consiste à sélectionner
et utiliser des cultivars accumulant peu les ET nocifs. En France, une telle sélection n’est pas réalisée mais elle
revêt un nouvel intérêt en raison du durcissement de la réglementation et de l’importance du blé pour l’économie
française.
Dans ce contexte, le projet ANR BSWheat (https://bswheat.hub.inrae.fr) a pour objectifs d’identifier des
marqueurs génétiques et des caractéristiques écophysiologiques qui peuvent être utilisés pour sélectionner des
variétés de blé qui accumulent moins d’ET nocifs dans les grains tout en préservant les minéraux essentiels
et le rendement. Le projet se concentre sur les contaminants As, Cd, Ni, Pb qui sont visés par les futures
réglementations nouvelles ou plus strictes.
La taille et l’architecture du système racinaire peuvent affecter l’absorption des ET, notamment en raison
d’une plus grande absorption au niveau des extrémités des racines (Berkelaar et Hale, 2000 ; Laporte et al., 2013)
et de l’augmentation du flux de diffusion des éléments lorsque le diamètre des racines diminue (Lin et al., 2016).
Une capacité d’échange cationique (CEC) importante au niveau des parois des cellules racinaires favorise une
plus grande absorption des métaux cationiques (Crooke, 1964 ; Greger et Landberg, 2008). L’influx racinaire
maximal d’absortion des ET et le pH de la rhizosphère peuvent également varier d’un cultivar à l’autre (Lux et
al., 2011). L’importance relative des barrières de l’apoplaste racinaire (exoderme, endoderme), du péricycle et
du cortex affecte également le transport radial des métaux vers le xylème (Lux et al., 2011). Selon ces éléments,
le travail proposé dans le cadre de ce stage de Master 2 a pour objectif d’étudier dans quelle mesure la variabilité
des propriétés du système racinaire de différentes variétés de blé tendre et de blé dur affecte le prélèvement des
ET toxiques et leur répartition entre la biomasse aérienne et la biomasse racinaire.
Contenu du stage
Entre 5 et 10 cultivars de blé tendre et de blé dur seront cultivés en solution nutritive sur support de billes
en verre jusqu’au stade tallage. Les plantes seront récoltées afin de déterminer, la biomasse racinaire et le
rapport biomasse racinaire versus aérienne, la longueur racinaire, le diamètre racinaire moyen et le taux de
ramifications racinaire (analyse d’images de racines scannées), la CEC racinaire (méthode de Crooke, 1964),
le pH d’une solution nutritive non tamponnée avec du N H4N O3 comme source d’azote. Nous étudierons
l’importance de l’exoderme, de l’endoderme, du cortex et de la stèle des cultivars par des analyses d’images de
coupes transversales de racines. Les ET seront dosés dans les biomasses aériennes et racinaires afin d’étudier
l’influence des caractéristiques du système racinaire sur la quantité totale d’ET prélevée et sur leur répartition
entre les parties aériennes et racinaires.
Conditions du stage
Le stage couvre la période du 1er janvier au 30 juin 2024 se déroulera en intégralité au sein de l’UMR Ispa, sur
le centre Inrae de la Grande Ferrade à Villenvae d’Ornon. Le travail fait partie du projet de thèse de Yingying
WANG qui participera activement au suivi et à l’encadrement. Le travail bénéficiera des serres pour conduire
les cultures, et de la collaboration avec le laboratoire d’analyses végétales Usrave du centre pour les dosages
d’ET et du pôle Imagerie pour les aspects de préparations et d’observations en microscopie.
Le stage est rémunéré à hauteur d’une allocation de Master 2: taux horaire net de 4.35 € net