Characterization of poplar metal transporters to improve rehabilitation of metal polluted soils

par Van Anh Le Thi

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Sébastien Thomine.

Le président du jury était Michaël Hodges.

Le jury était composé de Sébastien Thomine, Michaël Hodges, Françoise Gosti, Alain Vavasseur, Michel Chalot, Annabelle Dejardin.

Les rapporteurs étaient Françoise Gosti, Alain Vavasseur.

  • Titre traduit

    Caractérisation transporteurs de métaux de peuplier pour la rehabilitation des sols pollués par les métaux


  • Résumé

    La phytoremediation consiste à utiliser les plantes pour nettoyer des sols contaminés. Jusqu’ici, des plantes naturellement capables de tolérer et d’accumuler les polluants ont été utilisées pour cette approche. Cependant, l’utilisation de plantes transgéniques doit être considérée pour optimiser l’efficacité de la phytoremédiation. Le peuplier est une espèce adaptée pour la phytoremédiation et peut être utilisé pour des approches transgéniques. Néanmoins, son efficacité de phytoextraction est limitée par une forte accumulation de métaux dans les feuilles qui retournent au sol lors de leur chute. L’ingénierie génétique pourrait être utilisée pour résoudre ce problème, en modifiant l’expression de transporteurs de métaux soit pour limiter l’accumulation de métaux dans les feuilles, soit pour stimuler leur accumulation dans le bois.Dans le cadre de cette thèse, trois transporteurs potentiellement impliqués dans la tolérance et l’accumulation de métaux ont été caractérisés : PtIREG1, PtNRAMP3.1 et PtNRAMP3.2. L’expression de PtIREG1 chez la levure et chez Arabidopsis thaliana a montré que ce transporteur contribue à la tolérance au nickel. Des peupliers transgéniques chez lesquels l’expression de PtIREG1 est globalement augmentée ou ciblée dans le bois ont été générés. Des peupliers transgéniques chez lesquels l’expression de PtNRAMP3.1 ou PtNRAMP3.2 est modifiée ont également été générés au cours de cette thèse. Cela a permis de montrer que ces protéines fortement homologues ont des localisations subcellulaires distinctes : la membrane vacuolaire pour PtNRAMP3.2 et un compartiment connecté à l’appareil de Golgi pour PtNRAMP3.1. Des mesures de concentrations en métaux dans les feuilles des peupliers transgéniques ptNRAMP3.1 et PtNRAMP3.2 ont montré des différences avec le type sauvage non transformé, pour le cuivre, le manganèse, le cadmium et le zinc. Les résultats obtenus contribueront à l’élaboration de stratégies biotechnologiques pour réhabiliter les sols pollués


  • Résumé

    Phytoremediation is the use of plants to clean up polluted soils. Previous approaches have mostly used native plants able to tolerate, degrade and accumulate environmental pollutants such as toxic metals, but transgenic plants may also be considered for phytoremediation in the future. Poplar is well adapted for phytoremediation and suitable for molecular genetic studies. However, high metal accumulation in poplar leaves limits phytoextraction due to toxic metal return to the soil after leaf abscission. In order to circumvent this problem, genetic engineering can be used to limit metal accumulation in leaves or direct metal accumulation in poplar trunks using relevant metal transporter genes under the control of tissue-specific promoters. This thesis focuses on the characterization of 3 candidate metal transporters potentially involved in metal tolerance and accumulation in poplar: PtIREG1, PtNRAMP3.1 and PtNRAMP3.2. Expression of PtIREG1 in yeast and in Arabidopsis thaliana indicated that it contributes to nickel tolerance. Transgenic poplars were generated in which PtIREG1is either ectopically overexpressed or expressed specifically in wood tissues. PtNRAMP3.1 and PtNRAMP3.2 transgenic plants were also generated during this thesis. Despite their high similarity, PtNRAMP3.1 and PtNRAMP3.2 displayed distinct localizations in poplar: PtNRAMP3.2 is targeted to the vacuolar membrane whereas PtNRAMP3.1 localizes in a compartment connected with the Golgi apparatus. Metal concentrations were modified in leaves of transgenic plants grown on metal-contaminated or non-contaminated soil. The results obtained will contribute to develop a biotechnological approach using transgenic plants for the rehabilitation in metal polluted soils.


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