Mécanismes moléculaires de tolérance des plantes aux xénobiotiques : application à la phytoremédiation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs)

Molecular mechanism of plants tolerance to xenobiotics : application to phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons

• Auteur / Autrice : Anne-Sophie Dumas
• Direction : Abdelhak El Amrani, Richard Berthomé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 05/12/2013
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes, Biodiversité, Evolution (Rennes ; 1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Xénobiotiques

Composés aromatiques polycycliques

Phytorestauration

Mots clés libres

Phytoremédiation

HAp

Phénanthène

Transcriptomique

Site pilote

Phytoremediation

PAH

Phenanthrene

Transcriptomics

Field trial

Résumé

L'ingénierie écologique a permis l'émergence de nouvelles technologies telles que la phytoremédiation, une approche de dépollution des sols basée sur l'utilisation des plantes. Cependant, jusqu'à présent, les mécanismes physiologiques et moléculaires qui contrôlent la dégradation des polluants organiques, en particulier les HAPs, restent très mal documentés chez les plantes supérieures. Dans ce travail, une approche intégrative et un profilage trancriptomique à l'échelle du génome entier ont permis d'étudier les premiers événements moléculaires impliqués dans la réponse, chez les plantes, à un stress provoqué par le phénanthrène. Un réseau de gènes susceptibles d'intervenir dans la perception, la dégradation et/ou la transformation des HAPs en molécules moins dangereuses a ainsi été identifié. D'autre part, nous avons pu montrer que le saccharose induit une tolérance à ce polluant, qui se traduit (i) par une activité transcriptionnelle très rapide, ce qui suggère un effet signalétique, (ii) une reconfiguration importante à l'échelle transcriptionnelle du génome exprimé, qui conduit à une mise en place des voies métaboliques de production d'énergie, de détoxification et de réparation cellulaire. Parallèlement, un site pilote de dépollution a été conçu et mis en œuvre, en exploitant les données obtenues au laboratoire. Cette expérimentation, sur deux ans, nous a permis de comparer l'efficacité de plusieurs espèces végétales mais aussi de tester l'effet protecteur du saccharose in-situ. Malgré l'obtention de résultats contrastés, cette étude confirme l'incidence de la nature des espèces végétales et des pratiques culturales sur l'efficacité de cette méthode de dépollution. Elle souligne également le rôle important de l'interaction plante-microorganismes du sol.

Ecological engineering strategies allowed the emergence of new technologies such as phytoremediation to clean up environmental pollution. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous and hazardous molecules for natural ecosystems and human health. However, molecular mechanisms involved in PAHs detoxification in plant remain largely unknown. This work allowed to decipher the early plant response of phenanthrene induced stress through an integrative investigation using wide genome transcriptomic and targeted metabolomic approaches. Hence, a gene network was identified to be involved in the early perception and signalization of PAHs and putative degradation and/or transformation to harmless molecules. Additionally, we showed that sucrose mitigate phenanthrene induced stress, while Arabidopsis development was arrested and seedlings were unable to accumulate chlorophyll in the presence of high phenanthrene concentration, sucrose allowed growth and chlorophyll accumulation. These phenotypical changes were associated with (i) very early transcriptional regulation, suggesting a sucrose signaling effect (ii) reconfiguration of wide genome transcriptional changes, as metabolic, detoxification and cell repair pathways were induced. In parallel, based on previous results accumulated in controlled conditions. Field investigation allowed the evaluation of the ability of different plant species to clean up PAHs polluted soil. We also evaluate the impact of sucrose supply on natural phytoremediation efficiency. Despite contrasted results, this study confirms the incidence of the plant species and the cultural practices on the efficiency of this method. It also underlines the role of soil microorganisms and plant interactions.