Adresse
Laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale
CEA-Grenoble
17 avenue des Martyrs
38 054 Grenoble cedex 9
France
Présentation
L’agriculture intensive, l’industrialisation mais aussi des phénomènes naturels tels que l’érosion des roches contribuent à la contamination des sols par les éléments traces métalliques, aussi appelés « métaux lourds ». L’accumulation de ces éléments métalliques non-dégradables dans l’environnement représente une menace importante pour les écosystèmes, la sécurité alimentaire et la santé humaine. Selon leur rôle dans les systèmes biologiques, les métaux sont dits essentiels ou non-essentiels. Les métaux essentiels tels que le fer, le cuivre, le manganèse, le zinc et le nickel sont requis pour la croissance et le développement des plantes en intervenant en tant que cofacteurs dans divers processus physiologiques et biochimiques vitaux (e.g. photosynthèse, respiration). Cependant, ces éléments deviennent toxiques lorsqu’ils sont présents en excès. Les métaux lourds non-essentiels, incluant le cadmium, le plomb, le mercure, le chrome, l’argent, l’arsenic ou encore l’uranium, sont en revanche toxiques, même à de faibles concentrations, et n’ont pas de fonction biologique connue.
La remédiation des sols contaminés est nécessaire pour éviter l’accumulation, la lixiviation et/ou la mobilisation des métaux lourds par les espèces cultivables. La phytoremédiation est une stratégie durable et respectueuse de l’environnement, basée sur la capacité d’absorption des polluants, dont les métaux lourds, par les plantes. Cependant, l’optimisation de telles stratégies est tributaire de la compréhension des mécanismes moléculaires permettant l’accumulation de métaux chez les plantes, incluant leur prélèvement, leur distribution et leur séquestration, mais aussi des mécanismes impliqués dans leur tolérance, parfois peu caractérisés chez les organismes photosynthétiques.
Dans ce contexte, l’équipe MetalStress a pour objectif de décrypter les bases moléculaires impliquées dans la tolérance et l’accumulation des métaux lourds chez les plantes et les microalgues, en utilisant comme modèles des espèces dites hyperaccumulatrices de métaux ou non-accumulatrices.
Actuellement, plusieurs thématiques de recherche portées essentiellement sur l’uranium, l’argent et le nickel sont développées au sein de l’équipe :
- Réponses de la plante à l’uranium
- Tolérance au nickel chez les plantes
- Microalgues tolérantes à un stress métallique
L’équipe utilise à la fois des approches globales de transcriptomique, protéomique, métabolomique et ionomique combinées à des actions plus ciblées alliant la physiologie, la génétique, la biologie moléculaire/cellulaire et la biochimie. Equipée d’un ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma d'argon à couplage inductif) dernière génération, une spécialité de l’équipe MetalStress est l’analyse multi-élémentaire en réponse à des traitements métalliques
in vivo.
À terme, ces recherches fondamentales, en amont de domaines applicatifs, pourraient être intégrées dans des programmes de sélection orientée d’espèces adaptées à la phytoremédiation d’environnements contaminés par une pollution métallique.
Mots clés
Métaux lourds, Uranium, Nickel, Pollution, Phytoremédiation, Plantes, Microalgues
Membres de l’équipe
Résultats marquants
- Nous avons montré que la protéine PCaP1 d'Arabidopsis recombinante est capable de lier l'U
in vitro avec une haute affinité (de l'ordre du nanomolaire), mais aussi le cuivre et le fer oxydé dans des proportions très élevées (jusqu'à 60 cations ferreux par monomère de protéine). Au cours de ce travail, une compétition entre les atomes de calcium et d’uranium pour la liaison dans la protéine PCaP1 a été observée. De plus, nous avons montré que l'U induit l'oligomérisation de PCaP1
in vitro et est impliquée dans la translocation de U des racines vers les parties aériennes.
- Nous avons développé une approche de métalloprotéomique précise et fiable pour isoler et identifier les protéines de liaison à l'U de la plante modèle
Arabidopsis thaliana, élucidant ainsi le premier « urano-protéome » d'un organisme photosynthétique.
- Nous avons démontré que les canaux calciques MCA1, MCA2 et ANN1 représentent une voie d’absorption principale de l’uranium dans les racines d’Arabidopsis. Nous avons montré que cette absorption d'U dépendante des canaux calciques était également conservée chez la levure, et pourrait représenter un système général d'absorption d'U, au moins dans la lignée eucaryote.
Sources de financement
- INRAE, département BAP, projet DISTRIBURA (2022-2024)
- ANR, projet DemoniaCo (2022-2025)
- CNRS, programme DBM, projet SilverCoela (2021-2023)
- INRAE, département BAP, projet DemoniaCo (2021-2023)
- INRAE, département BAP, projet FULGAS (2020-2022)
- CNRS, programme NEEDS, projet INSPECT (2020-2024)
- EURATOM Horizon 2020, projet RadoNorm (2020-2025)
- CEA, programme Toxicologie/DRF Impulsion, projet PhospUra (2018-2019)
- ANR, projet GreenU (2018-2022)
Collaborations
LPCV, Équipe Chromdev, Christel CARLES (Grenoble)
LPCV, Équipe Lipid, Juliette JOUHET/ Eric MARECHAL (Grenoble)
LPCV, Équipe Photosymbiose, Johan DECELLE (Grenoble)
LPCV, Grégory SI LARBI (Grenoble)
CERMAV, Équipe Glycobiologie moléculaire et structurale, Olivier LEROUXEL (Grenoble)
LCBM, Équipe Biologie des métaux, Patrice CATTY (Grenoble)
LCBM, Équipe Protéomique pour la microbiologie, l'immunologie et la toxicologie, Thierry RABILLOUD (Grenoble)
IBS, Équipe RMN biomoléculaire, Bernhard BRUTSCHER (Grenoble)
BIAM, Équipe Interactions protéine métal, Virginie CHAPON (Cadarache)
BFP, Équipe Métabolisme, Sophie COLOMBIE/ Pierre PETRIACQ (Bordeaux)
IAM, Équipe Réponse aux stress et régulation redox, Nicolas ROUHIER (Vandoeuvre-lès-Nancy)
IPSIM, Équipe Coordination des flux ioniques et signalisation dans les cellules végétales, Alexis DE ANGELI (Montpellier)
LRSV, Équipe Métal hyperaccumulation, Sylvain MERLOT (Toulouse)
Phytosystems, Équipe Homéostasie des métaux, Marc HANIKENNE (Liège, Belgique)
UPSC, Équipe Stress-induced senescence and its subsequent metabolic regulations, Olivier KEECH (Umeå, Suède)
Dimitris PETROUTSOS (Uppsala, Suède)