Les terres rares (RT), métaux stratégiques dont la demande explose (nouvelles technologies et transition énergétique) sont des contaminants émergents de nos écosystèmes. Cette étude publiée dans Journal des Matériaux Dangereux livre pour la première fois une analyse globale et sans a priori effets de ces métaux sur la plante modèle Arabidopsis thaliana par l’iononomie et la transcriptomique. Il renseigne sur les modes d’action des TR sur les plantes et ouvre la voie à l’étude de transporteurs encore insoupçonnés.
Les terres rares comprennent la série des 15 lanthanides ainsi que le scandium et l’yttrium. Il s’agit de métaux considérés comme hautement stratégiques et critiques par l’Union européenne car très demandés par l’industrie de haute technologie (écrans, éoliennes…) alors que peu de gisements ont été répertoriés sur notre continent, inversement de Chine qui produit la grande majorité des terres rares. En lien avec le développement des technologies les utilisant, la demande en terres rares a connu un essor considérable au cours des dix dernières années, qui devrait encore s’accroître au cours des deux prochaines décennies selon les prévisions.
En réponse à cette demande, de nombreux projets miniers se développent partout dans le monde et contaminent l’environnement. De nombreuses autres voies de dissémination des terres rares existent (présence involontaire de terres rares dans les engrais phosphatés, utilisation de terres rares en agriculture comme engrais ou additif alimentaire pour le bétail, agent de contraste gadolinium pour les analyses IRM, etc.). De plus, les terres rares incorporées dans nos objets high-tech sont généralement très peu recyclées. Ces différentes utilisations massives des terres rares contribuent ainsi à leur dissémination dans l’environnement et ces métaux sont désormais considérés comme des contaminants émergents.
Dans le cadre du LabEx Ressources 21, des biologistes du CNRS Terre & Univers / CNRS Écologie & Environnement ont étudié l’impact de deux terres rares – le lanthane et l’ytterbium – sur la réponse des racines et des feuilles de la plante modèle. Arabidopsis thaliana. En combinant des approches ionomique et transcriptomique, ces travaux, publiés dans la revue Journal des Matériaux Dangereuxrévèlent de nouvelles voies potentielles pour l’absorption des terres rares et les mécanismes de tolérance des plantes.
Une analyse de l’ionome (l’ensemble des ions de la plante) a d’abord révélé une appauvrissement des feuilles en manganèse, magnésium et calcium en présence des terres rares étudiées. Puis, au niveau du transcriptome, les gènes répondant aux espèces réactives de l’oxygène sont activés et ceux impliqués dans la redistribution de l’auxine sont dérégulés, ce qui entraîne une modification profonde de l’architecture racinaire en présence de sol. rares (figure 2). Cela pourrait notamment affecter l’absorption de l’eau et des nutriments du sol, et donc toute la physiologie de la plante. De nombreux gènes liés à l’homéostasie du fer sont surexprimés dans les racines et les feuilles, ce qui suggère une compétition entre les terres rares et le fer. Changement de paradigme! Au lieu d’être transportées principalement par des transporteurs de calcium, il semble que les terres rares empruntent les voies de transport d’autres éléments comme le fer. Enfin, l’homéostasie des acides organiques (malate, citrate) apparaît comme un mécanisme de tolérance critique face aux terres rares.
Par rapport au compartiment racinaire, le nombre de gènes affectés par les terres rares au niveau transcriptionnel est plus faible dans les feuilles. Ce résultat est cohérent avec notre précédente étude chez une fougère, montrant que les terres rares sont bloquées dans les nervures des parties aériennes (vaisseaux du xylème) et ont probablement peu d’effet sur le fonctionnement des tissus photosynthétiques des feuilles. Les terres rares sont-elles immobilisées dans le xylème ou faut-il favoriser une absence de protéines de transport permettant leur sortie des vaisseaux ? Ces questions représentent de nouvelles perspectives pour les études futures et viseront à approfondir nos connaissances sur l’impact de ces contaminants métalliques émergents.
