Recherche de gènes impliqués dans la tolérance au zinc chez l'espèce modèle hyperaccumulatrice de zinc Arabidopsis halleri : un nouveau rôle possible pour les défensines de plantes

Study of the zinc molecular mechanisms in the zinc hyperaccumulator plant Arabidopsis halari : a putative novel role for plant defensins in zinc tolerance

• Auteur / Autrice : Marie Mirouze
• Direction : Michel Lebrun, Laurence Marquès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie végétale
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Défensines

Phytorestauration

Plantes -- Effets du zinc

Effets du zinc

Arabidopsis

Résumé

Le zinc est un métal essentiel pour les êtres vivants, mais sa présence en excès dans la cellule peut s'avérer toxique. Or certaines plantes dites hyperaccumulatrices ont la capacité surprenante d’accumuler de fortes quantités de zinc dans leurs parties aériennes (jusqu’à 1% de leur matière sèche), sans présenter de symptômes de toxicité. La plante tolérante et hyperaccumulatrice de zinc Arabidopsis halleri représente, par sa proximité phylogénétique avec la plante modèle Arabidopsis thaliana, un matériel biologique parfaitement adapté pour aborder les mécanismes moléculaires, encore mal connus, de l’homéostasie du zinc chez les plantes. L’expression hétérologue d’une banque d’ADNc de feuilles d’A. Halleri dans la levure Saccharomyces cerevisiae en conditions de toxicité en zinc nous a permis d’isoler 5 clones indépendants présentant un phénotype de tolérance au zinc. Les ADNc correspondants codent tous des protéines fortement homologues à des protéines appelées défensines de plantes (PDF) chez Arabidopsis thaliana. Ces protéines sont ubiquitaires chez les plantes mais également chez les mammifères où elles sont connues pour participer aux mécanismes de défense immunitaire innée. Cependant, à notre connaissance, aucun rôle des défensines dans la physiologie des métaux n’a été établi à ce jour. Une des défensines d’A. Halleri, une fois exprimée chez A. Thaliana, confère aux plantes transgéniques une tolérance accrue à des concentrations toxiques de zinc. De plus, chez A. Halleri, l’expression des défensines semble être induite par un traitement des plantes par le zinc, que ce soit au niveau des transcrits ou des protéines. Ces résultats originaux proposent un nouveau rôle des défensines de plantes dans l’homéostasie des métaux

Zinc (Zn) is an essential metal that can become highly toxic when present in excess amount in the cell, indicating that Zn homeostasis has to be tightly regulated. Interestingly, Arabidopsis halleri, a close Arabidopsis thaliana relative, is able to accumulate more than 1% DW of Zn in its shoots without showing any toxicity symptom suggesting the existence of dedicated detoxification mechanisms. We exploit this natural Zn tolerant and hyperaccumulator plant species to characterize the molecular basis of Zn tolerance in plants. To identify A. Halleri genes involved in Zn tolerance, we carried out a functional screening by expressing an A. Halleri cDNA library in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Selecting A. Halleri cDNAs conferring Zn tolerance in yeast grown on Zn contaminated medium, we isolated five cDNAs encoding for A. Halleri defensins (AhPDFs). Overexpression of one of them (AhPDF1. 1) in A. Thaliana Col-0 gave rise to a Zn tolerance phenotype. Thus, at least one of the AhPDF members is able to confer Zn tolerance both in yeast and in planta. In A. Halleri, AhPDFs are constitutively accumulated at a higher level in shoots compared to A. Thaliana. Furthermore, both AhPDF1. 1 mRNA and AhPDFs steady state levels were shown to be increased upon Zn treatment. Therefore, we assume that AhPDFs could be involved in A. Halleri Zn tolerance. Finally, this work highlights that plant defensins, well-known for their antifungal actvity, could also be implicated in metal physiology