Etude des mécanismes d’accumulation du cadmium chez Arabidopsis thaliana (écotype Wassilewskija) et chez un mélèze hybride (Larix x eurolepis) par des approches moléculaire et développementale

Study of cadmium accumulation mechanisms in Arabidopsis thaliana (ecotype Wassilewskija) and in a hybrid larch (Larix x eurolepis) using molecular and developmental approaches

• Auteur / Autrice : Chris Fabien Moussavou Moudouma
• Direction : Vincent Gloaguen, Gaëlle Saladin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - Science - Santé. Biologie de l'environnement
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes

Sols

Pollution

Polluants

Applications scientifiques

Environnement

Métaux

Résumé

Face à la toxicité provoquée par les éléments traces métalliques dans l’environnement, les végétaux ont développé différentes stratégies de défense. Cependant à ce jour, aucune étude exhaustive (moléculaire, biochimique et développementale) n’avait encore été menée chez Arabidopsis thaliana en réponse au cadmium (Cd). Notre travail a donc consisté à étudier les mécanismes mis en jeu en réponse au Cd chez l’écotype Wassilewskija (Ws) d’A. Thaliana par des approches moléculaire, biochimique et d’étude phénotypique. Dès 50 μM de Cd, les plantules âgées de 14 jours développent une « réponse morphogénique induite par le stress » (RMIS) au niveau des racines qui se traduit par un raccourcissement de la racine principale et l’initiation multiple de racines secondaires. Parallèlement, l’activité des enzymes de la voie de synthèse des phytochélatines ou PC (glutamylcystéine synthétase, glutathion synthétase et phytochélatine synthase) est stimulée dans la plante entière avec cependant une accumulation plus importante de PC et de Cd dans les racines. Au niveau transcriptionnel, seules les PC synthases sont spatialement régulées en présence de 100 μM de Cd avec une surexpression des gènes PCS1 et PCS2 dans les parties aériennes et les racines respectivement. L’étude transcriptomique sur la totalité du génome d’A. Thaliana a montré la surexpression de gènes codant notamment des transporteurs potentiels de Cd dans les racines et les parties aériennes, ce qui est en accord avec la présence du métal dans différents organes de la plante. Enfin, nous avons montré que l’écotype Ws est plus tolérant au Cd que les écotypes Columbia et Landsberg erecta. Notre travail s’est aussi focalisé sur la réponse au Cd de jeunes plants de mélèze hybride (Larix x eurolepis) obtenus par embryogenèse somatique. Excepté un raccourcissement de la racine principale, le développement du mélèze n’est pas altéré par 1,5 mM de Cd. Bien que la voie de synthèse des PC soit aussi stimulée en réponse au Cd, il semblerait qu’une autre voie de chélation du métal, probablement au niveau pariétal, intervienne dans la mise en place de la tolérance chez le mélèze.

The presence of trace metal elements in the environment led plants to develop diverse defense mechanisms. However, no exhaustive study (molecular, biochemical and developmental) had been led to date in Arabidopsis thaliana in response to cadmium (Cd) stress. Our work thus consisted in the study of defense mechanisms in response to Cd in the ecotype Wassilewskija (Ws) of Arabidopsis thaliana using molecular and biochemical approaches and the study of phonotype. A “stress-induced morphogenic response” (SMIR) is observed in the roots of 14 day-old plants since 50 μM Cd. This SMIR is characterized by the shortening of the main root and multiple initiations of secondary roots. At the same time, the activity of the enzymes involved in the synthesis of phytochelatins (PC) (glutamylcystein synthetase, glutathione synthetase and phytochelatin synthase) is stimulated in the whole plant, PC and Cd however being more accumulated in roots than in shoots. At the transcriptional level, only PC synthase is spatially regulated in the presence of 100 μM Cd with an up-regulation of the genes PCS1 and PCS2 in the shoots and the roots respectively. The transcriptomic study on the whole genome of A. Thaliana showed an up-regulation the of genes coding particularly potential Cd transporters in roots and shoots, what is in agreement with the presence of the metal in various organs of the plant. Finally, we showed that the ecotype Ws is a better Cd tolerant than ecotypes Columbia and Landsberg erecta. Our work also focused on the response to Cd of young hybrid larch plants (Larix x eurolepis) obtained by somatic embryogenesis. A part from a shortening of the main root, the development of the larch is not altered with 1. 5 mM Cd. Although the PC synthesis pathway is also stimulated in response to Cd, another way of metal chelation, probably at the cell wall level, seems to be involved in tolerance mechanisms of the larch.