CE04 - Méthodologies, instrumentations, capteurs et solutions pour la transition écologique

Éco-ingénierie des stratégies de protection des plantes à base de nanotechnologIes pour une agriculture durable – ORGANIC

Résumé de soumission

Comment nourrir durablement 10 milliards de personnes d'ici 2050 ? L’agriculture repose sur l’utilisation de pesticides, pour lutter contre les maladies, insectes ravageurs et mauvaises herbes. Dans le classement international pour l'utilisation des pesticides (United Nations Food and Agriculture Organization) la Brésil et la France sont en 3ème et 6ème position. Les pesticides causent chaque année 355 000 décès dans le monde par surexposition ou mauvaise utilisation et affectent des organismes non cibles, plantes, micro- et macroorganismes et biodiversité.
Parce que la dimension nano change les propriétés des matériaux, les nanotechnologies peuvent aider à concevoir des nanopesticides intelligents et moins délétères pour l’environnement.
Par une approche transdisciplinaire, associant des expertises variées et complémentaires, l’équipe franco-brésilienne écoconcevra des nanopesticides à base de nanoparticules (NPs) hybrides (HNPs), basées sur des assemblages biopolymères-métaux, obtenus par biogenèse et par synthèse. Les différences de structure rendent intéressantes d’adresser ces HNPs biogéniques ou synthétiques dans un même projet : les premières sont formées d’un coeur métallique entouré d’une corona de bio(macro)molécules possédant des activités enzymatiques, alors que les secondes sont formées d’un coeur organique de biopolymère, greffé en surface par des NPs métalliques.
Les HNPs biogéniques seront obtenues par biosynthèse en utilisant des microorganismes ou le surnageant de leur milieu de culture.
Dans le cadre des HNPs synthétiques nous développerons des systèmes intelligents de relargage de métaux pesticides en réponse aux variations de pH ou de potentiel rédox induits par la plante, favorisant la libération de la forme active métallique seulement à proximité de la racine lors de sa croissance ou dans l’apoplasme, en réponse à l’attaque d’un pathogène. Le projet adressera la synthèse de ces nouveaux nanopesticides hybrides, en privilégiant des synthèses vertes et durables à base de biopolymères biocompatibles et biodégradables.
Une démarche d’écoconception associant évaluation de l’efficacité avec une analyse précoce d’impact sur les organismes non-cibles, nous permettra de sélectionner les meilleurs candidats. La toxicité des HNPs sur cellules humaines, constituera le premier filtre de sélection. L’activité antifongique sera évaluée in vitro sur des champignons pathogènes critiques pour la production de blé, une plante d’intérêt dans les deux pays. Puis, l’éco-compatibilité sera analysée sur les organismes non cibles d’un écosystème terrestre, plantes et nématodes, microbiote du sol et des plantes, et sur la fertilité du sol. Nous caractériserons le prélèvement, la biotransformation des nanopesticides hybrides dans les plantes, et les nématodes par imagerie X et hyperspectrale et ablation laser couplée à l’ICP-MS, et leur résidus dans les sols par ICP-MS. Les meilleurs candidats seront évalués in planta en conditions d’infection par des insectes (larves) et par des pathogènes. L’analyse multivariées des données obtenues nous permettra de hiérarchiser les nanopesticides, en fonction de la balance écocompatibilité/efficacité/coût. Sur une sélection de deux HNps, nous réaliserons l’évaluation du risque en milieu aquatique de lixiviats de sols plantés et traités avec ces HNps, et l’évaluation de l’efficacité dans des essais en champ ou en serre, de la graine à l’épi en condition de challenge. Grâce à la diversité des propriétés de surface des HNPs générées, ce type d’étude nous permettra de mieux comprendre les interactions NPs avec l’environnement terrestre et aquatique et de dégager des relations structures-propriétés-impacts des nanopesticipes générés dans l’environnement. Ces connaissances serviront de guide à l’écoconception et à la régulation de NPs, pour évaluer les avantages économiques, environnementaux et sociétaux, afin de relever les défis de l'agriculture et de la durabilité.

Coordination du projet

Catherine SANTAELLA (Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (UMR 7265))

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

_
BIAM Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (UMR 7265)
_
BIA Biopolymères, Interactions Assemblages
DR12- CEREGE Centre National de la Recherche Scientifique - Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement

Aide de l'ANR 486 283 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2023 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter