Analyse des voies de détoxification des métaux lourds chez les plantes et lien avec les réponses cellulaire et moléculaire après traitement aux agents génotoxiques

Analysis of heavy metal detoxification pathway in plants and relationship with cellular and molecular responses after genotoxic agents treatment

• Auteur / Autrice : Chamseddine Mediouni
• Direction : Guy Houlné, Fatma Jemal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Université de Tunis - Tunisie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Effets des métaux lourds

Stress oxydatif

ADN -- Réparation

Mort cellulaire

Cadmium

Toxicologie

Plantes -- Effets du cuivre

Résumé

Ce travail présente la réponse des plantes [la tomate, Arabidopsis thaliana Col0 et le mutant A. Thaliana cad2, déficient dans la voie de synthèse du glutathion (GSH)] à un excès métallique. Au niveau physiologique, le traitement par deux métaux lourds, le cadmium et le cuivre, entraîne une inhibition de la croissance des plantes plus prononcée sous traitement cuivrique pour les fortes doses de traitement. Cette différence de toxicité peut être due à une différence dans les mécanismes de tolérance aux métaux lourds comme la complexation par des phytochélatines. Au niveau biochimique, les deux métaux lourds provoquent l’installation d’un état de stress oxydatif. En réponse à une accumulation de ROS, il y a induction de l’activité spécifique d’enzymes antioxydantes au niveau des feuilles des plantes sauvages, cependant, la perte de la synthèse du GSH provoque une perte de la réponse antioxydative chez le mutant cad2. Au niveau moléculaire, le cadmium et le cuivre induisent, essentiellement par l’accumulation de ROS, des cassures double brin de l’ADN (DSBs) au niveau des feuilles d’Arabidopsis thaliana Col0 et du mutant cad2 et la mort cellulaire au niveau des feuilles et des racines de deux types de plantes, caractérisées par l’induction de l’expression de gènes spécifiques. D’autre part, une forte induction de la mort cellulaire est liée à une accumulation plus prononcée des DSBs et à une perte de l’expression des gènes de la réparation ce qui indique que les cellules s’orientent vers la mort cellulaire plutôt que vers la réparation de leur ADN si les dommages sont trop accentués.

This work presents the response of plants [tomato, Arabidopsis thaliana Col0 and A. Thaliana cad2 mutant, defective in the glutathione (GSH) biosynthesis pathway] to heavy metal excess. At the physiological level, the treatment with cadmium or copper induce plant growth inhibition, more pronounced at high copper concentration. Differences in heavy metal toxicity could be linked to variation of heavy metal tolerance mechanisms like phytochelatine chelation. At the biochemical level, the two heavy metals induce oxidative stress. In response to ROS accumulation, there is an increase of antioxydative enzyme activity in the leaves of wild type plants, whereas, the lack of GSH biosynthesis leads to the lack of antioxydative response in the cad2 mutant. At the molecular level, cadmium and copper induce, essentially via ROS accumulation, DNA double strand break (DSBs) in the leaves of Arabidopsis thaliana Col0 and of the mutant cad2 and cell death in the leaves and the roots of both plant types, characterized by an induction of specific gene expression. On the other hand, a high induction of cell death is related to a great accumulation of DSBs and the lack of repair gene induction. This suggests that cells are directed towards cell death rather than to DNA repair if DNA damages are to much accentuated.