Projet ANR-10-JCJC-0605 – PHYMET : Phytoextraction des métaux dans des sols contaminés: transfert et séquestration du cadmium et du zinc chez la plante hyperaccumulatrice Arabidopsis halleri
Programme : JCJC : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques (JCJC SIMI 6) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame Marie-Pierre ISAURE (UNIVERSITE DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR)
Partenaires : Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l'Environnement et les Matériaux
Montant : 155000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Les plantes hyperaccumulatrices sont capables de tolérer et d’accumuler dans leurs parties aériennes des concentrations métalliques à des niveaux qui sont toxiques pour des plantes ‘normales’. Cette propriété remarquable peut être utilisée à des fins de remédiation des sites pollués (phytoextraction). Pour cela, et pour appréhender plus généralement l’homéostasie des métaux chez les plantes hyperaccumulatrices, il est nécessaire de comprendre comment les métaux sont transférés et stockés dans les parties aériennes. Arabidopsis halleri est une hyperaccumulatrice de zinc  et, dans une moindre mesure, de cadmium et sa proche parenté avec  l'espèce modèle Arabidopsis thaliana en font une espèce d’étude émergente de choix car les outils génétiques et moléculaires disponibles chez A. thaliana peuvent être utilisés pour A. halleri. A ce titre, l’implication des transporteurs métalliques dans l’hyperacccumulation de Zn et la tolérance à Cd a été montrée récemment. Une question clé est maintenant de déterminer si  les caractères de tolérance et d'accumulation, contrôlés par les gênes, sont en relation avec les mécanismes de transport et de stockage dans la plante, qui n'ont toujours pas été élucidés.
L’objectif de ce projet est de progresser dans la compréhension de l’hyperaccumulation en déterminant les mécanismes de transfert et de séquestration de Zn et Cd chez des populations d’A. halleri ayant des caractères d’accumulation et de tolérance (phénotypes) contrastés, et de mettre en évidence le lien existant entre ces mécanismes et les phénotypes.  Il s’agit également de déterminer si des ligands spécifiques inconnus jusque là sont excrétés au niveau racinaire afin d’accroitre la biodisponibilité métallique. Dans ce but, nous proposons d’étudier quatre populations d’A. halleri de phénotypes contrastés originaires de quatre sites métallicoles et non métallicoles européens. Les mécanismes seront étudiés en combinant de façon originale des techniques de microscopies (confocale, électronique) et de spectroscopies issues du rayonnement synchrotron (microfluorescence X, absorption des rayons X, XAS) avec des techniques de chimie analytique couplant en ligne une purification/séparation par électrophorèse capillaire ou chromatographie liquide, une  détection atomique par ICP-MS (Inductively  Coupled Plasma Mass Spectrometry) et une identification moléculaire par spectrométrie de masse. Ces outils de pointe dans le domaine de la spéciation des métaux sont complémentaires en terme de sensibilité : les limitations inhérentes à la limite de détection et à la faible sensibilité pour les molécules organiques des techniques XAS peuvent être levées par les techniques analytiques, et les artéfacts liés à la préparation des échantillons en chimie analytique peuvent être testés par les techniques XAS qui ne nécessitent pas de phase d’extraction. Nous nous intéresserons en particulier au rôle des acides organiques dans la séquestration foliaire de Zn et Cd, au transport dans le xylème et au rôle particulier de la nicotianamine et des phytochélatines, ainsi qu’au rôle des trichomes, cellules épidermiques foliaires,  et des exudats racinaires. L’accent sera également mis sur l’étude cellulaire et sub-cellulaire en travaillant sur des compartiments isolés (protoplastes, vacuoles).
Les résultats aux niveaux tissulaire et cellulaire nous permettront de proposer un modèle de transfert et de stockage de Zn et Cd pour les différents phénotypes et seront comparés aux résultats obtenus en parallèle sur l’expression des gênes induite en condition de stress métallique. L’équipe associée à ce projet bénéficie de la complémentarité de ces membres, qui possèdent des compétences dans les domaines de la génétique de l’adaptation des plantes aux métaux, de la préparation des échantillons, des techniques d’analyse physique et de la chimie analytique appliquées aux échantillons biologiques. Avec  ce projet, nous souhaitons promouvoir cette approche interdisciplinaire.