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Équipe Plantes, Stress & Métaux

Réponse de la plante aux métaux lourds

Publié le 10 janvier 2019
Nos recherches

L'objectif de nos recherches est d'étudier les effets de quelques métaux lourds et radionucléides (MLR) chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Nous utilisons à la fois des approches globales de transcriptomique, protéomique et métabolomique combinées à des actions plus ciblées de génétique et de biochimie pour analyser la perception du stress métallique par la cellule végétale et la cascade d'évènements mise en place pour lutter contre celui-ci. Les approches utilisées visent à faire une analyse assez exhaustive de l'impact des métaux étudiés sur la physiologie et le métabolisme de la plante.

Nous cherchons à :

Avoir une vision globale de la réponse de la cellule végétale et de la plante aux stress MLR (cadmium, césium et uranium) : caractériser les entités moléculaires et les voies métaboliques perturbées par ces éléments…

L'utilisation des approches « omiques » a permis d'avoir cette vision globale de la réponse de la plante et de mettre en évidence des moyens d'adaptations mis en place pour contrer les stress provoqués par les métaux lourds.

Collaborations avec : équipe EDyP de notre institut, LEMS (CEA Cadarache), LEMM (CEA Saclay)…

Références :
Doustaly et al. 2014, Villiers et al. 2012, Agrawal et al. 2011, Villiers et al. 2011, Sarry et al. 2006a, 2006b, Ducruix et al. 2006, Herbette et al. 2006, Lelay et al. 2006.

Mieux comprendre comment la plante perçoit le stress métallique et quels sont les différents mécanismes de détoxication qu'elle met en place pour répondre à ce stress. Etudier le rôle de la vacuole dans cette détoxication métallique

- Mise en évidence d'une nouvelle protéine impliquée dans la détoxication du cadmium : la 'Selenium Binding Protein' (tolérance accrue au Cd des plantes surexprimant la SBP1) (Dutilleul et al. 2008, Hugouvieux et al. 2009).

- Mise en évidence de nouvelles isoformes de phytochélatines et caractérisation de l'étape limitante de la voie de biosynthèse des phytochélatines (Sarry et al. 2006, Ducruix et al. 2006, 2008).

- Caractérisation du protéome membranaire de la vacuole (Jaquinod et al. 2007)

- Evidence de l'existence de la voie du protéasome et des protéases fonctionnant en aval du protéasomes chez les plantes et son activation par le cadmium (Polge et al. 2009).

Rechercher et disséquer les réseaux de régulation qui sont activés en réponse à un stress métallique (gènes/protéines impliqués dans les voies de signalisation et de régulation de l'expression génique)

- Etude de la Selenium Binding Protein :
Analyse de son expression liée à une carence en soufre ; Mise en évidence du rôle du glutathion comme régulateur de l'expression génique (Schild et al, 2014) ; Caractérisation biophysique et biochimique de la SBP 1 chez Arabidopsis thalliana (Hugouvieux et al. 2009).

- Recherche de réseaux de gènes co-régulés (analyse bioinformatique, (collaboration avec Y. Vandenbrouck de l'équipe EDyP de notre institut) (Uranium : Doustaly et al. 2014 ; Cadmium : Boyer et al. 2009).

- Evidence d'une interaction fonctionnelle entre les brassinostéroïdes et la réponse au cadmium chez Arabidopsis thaliana (Villiers et al. 2012).

Caractérisation de la micro-algue Coccomyxa actinabiotis

Nous étudions des micro-algues (dont Coccomyxa actinabiotis) découvertes dans des piscines de refroidissement d’éléments nucléaires usés. Ses propriétés extraordinaires : résistance à de forts rayonnements ionisants (20000 Gy), faculté d'accumuler des métaux lourds et radionucléides, ont été récemment étudiées dans notre équipe (Leonardo et al. 2014, Rivasseau et al. 2013).
Cette micro-algue a été utilisée pour le développement d'un procédé biologique de décontamination d'effluents nucléaires (Thèse de Diane de Gouvion Saint Cyr). Ce travail de recherche s'effectue en collaboration avec la Direction de l’Energie Nucléaire et l’Institut Laue Langevin (contact, C. Rivasseau).

Étude du devenir des toxiques métalliques et de leur spéciation

Utilisation des techniques de µSXRF (Synchrotron Radiation X-Ray Fluorescence), µXANES (X-ray Absorption Near Edge Structure), STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy) (collaboration avec le groupe d'Imagerie Chimique et Spéciation CNAB, UMR 5084 CNRS/Université de Bordeaux, ESRF ID 21 Beamline, Section d'Applications des traceurs Liten, CEA Grenoble, groupe de Marie Carrière, Inac CEA-Grenoble).

Ce type d'étude a été réalisé sur des plantules d'Arabidopsis thaliana traitées au cadmium, au césium (Déves et al. 2005, Isaure et al. 2006a, 2006b) et sur des plantes de grandes cultures (colza, tournesol, blé) traitées en présence de différentes formes d'uranium (Laurette et al. 2012a, Laurette et al. 2012b).