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Accueil > Départements > Biologie Cellulaire > Sébastien THOMINE : Approches Intégratives du Transport des Ions

Transport des métaux dans les cellules végétales

Responsable : Sébastien Thomine
Participants : Michele Bianchi, Jérôme Giraudat, Sylvain Merlot

Certains métaux de transition dits essentiels, comme le fer, sont indispensables aux cellules vivantes. Cependant d’autres métaux dits non-essentiels, comme le cadmium, ont des effets toxiques chez les êtres vivants. Ces deux catégories de métaux empruntent cependant les mêmes voies pour entrer et circuler dans la plantes. Une connaissance approfondie des mécanismes de transport et de séquestration des métaux chez les cellules végétales est nécessaire pour répondre à 4 grands enjeux sociétaux :
1- Améliorer la tolérance des plantes aux carences en métaux essentiels, comme le fer et le zinc, qui limitent les récoltes sur de nombreux sols.
2- Augmenter la quantité et de la biodisponibilité des métaux essentiels dans les aliments d’origine végétale pour combattre les carences en fer et en zinc touchant plusieurs milliards d’êtres humains.
3- Diminuer le contenu en métaux toxiques des parties consommées des plantes pour limiter leurs conséquences néfastes chez l’être humain.
4- Obtenir des plantes capables d’extraire les métaux toxiques des sols pour mettre œuvre la phytoremédiation qui utilise des plantes pour repeupler et décontaminer des sols pollués.
Les projets en cours abordent ces différents aspects en se focalisant sur les mécanismes cellulaires et moléculaires mis en jeu. Nous nous intéressons en particulier transporteurs de la famille NRAMP chez les plantes. Les NRAMP sont responsables de l’absorption du fer par l’intestin chez les humains. Chez les plantes, ils jouent des rôles importants dans la nutrition en fer et en manganèse, qui sont impliqués dans photosynthèse. Ils peuvent aussi transporter le cadmium. Un volet de notre travail vise à comprendre comment la distribution subcellulaire de ces transporteurs est modulée pour répondre aux besoins et disponibilités en métaux. Nous sommes également impliqués dans le développement de techniques pour imager la distribution tissulaire, la dynamique cellulaire et déterminer la spéciation des métaux chez Arabidopsis thaliana.

Metals and metal transporters in Arabidopsis
Metals and metal transporters in Arabidopsis
Metal distribution in Arabidopsis seeds measured by µPIXE (Particle Induced X-ray Emission). Calcium (green), iron (red), manganese (blue). t : teguments, r : radicle, a : embryo axis, c : cotyledon. At the right : growth of normal plants (wild type) or plant with mutations in NRAMP genes (nramp3 nramp4) on iron deficient medium.
Live imaging of NRAMP1-GFP
Live imaging of NRAMP1-GFP
Spinning disk confocal microscopy of NRAMP1-GFP (green) in epidermal root cells, in the presence of PH1-mCherry (magenta), a regulator of NRAMP1 trafficking. White areas indicate colocalization in endosomal compartments. Scale bar, 5 microns.

Pour identifier de nouveaux gènes impliqués dans le stockage du fer dans la graine (enjeu 2), nous menons une approche génétique tirant partie d’un mutant d’Arabidopsis thaliana incapable d’utiliser les stocks de fer de ses graines. Ce projet s’inscrit dans le projet ISISTOR. Nous nous intéressons également à la solubilisation du fer qui est une étape nécessaire avant son transport à travers les membranes cellulaires et son absorption à partir du sol à travers le projet MOBIFER.
L’étude des gènes NRAMP nous amène également à analyser les mécanismes de transport du manganèse chez Arabidopsis thaliana avec un intérêt particulier pour l’acheminement de ce métal vers le chloroplaste où il joue un rôle essentiel dans la photosynthèse.
Pour analyser les mécanismes impliqués dans l’accumulation des métaux toxiques, nous tirons parti de la variabilité génétique disponible chez des espèces cultivées (orge, cacaoyer). Dans le cadre du projet BEST, nous comparons l’accumulation des métaux toxiques dans différentes accessions d’orge issues du bassin méditerranéen.

Metal tolerance and accumulation tests in Poplar
Metal tolerance and accumulation tests in Poplar

Pour améliorer les capacités de tolérance et d’accumulation des métaux toxiques par le peuplier, un arbre utilisé dans les approches de phytoremédiation (enjeu 4), nous avons généré par transgénèse des peupliers exprimant fortement des gènes de transporteurs de métaux (NRAMP, IREG). Ces peupliers sont en cours de caractérisation au laboratoire.

par MINION - publié le , mis à jour le