La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Carences et toxicités métalliques chez les végétaux supérieurs Caractérisation des réponses et adaptations physiologiques et moléculaires Antoine Gravot.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Carences et toxicités métalliques chez les végétaux supérieurs Caractérisation des réponses et adaptations physiologiques et moléculaires Antoine Gravot."— Transcription de la présentation:

1 Carences et toxicités métalliques chez les végétaux supérieurs Caractérisation des réponses et adaptations physiologiques et moléculaires Antoine Gravot – Université Rennes 1 UMR 118 – Amélioration des Plantes et Biotechnologies Végétales 17 novembre 2010 Master 2 BioVIGPA

2 La pollution diffuse par les éléments traces est devenue un sujet de préoccupation pour les pouvoirs publics et les filières professionnelles Prasad 1995 J.Exp.Bot Contamination des sols: transferts des sols vers les plantes 2007 Anne Tremel-Schaub,Isabelle Feix

3 La communauté scientifique internationale sest largement investie depuis 15 ans sur des problématiques de relation organismes/polluants inorganiques et de bioremédiation Plant AND metals >9000

4 La communauté scientifique internationale sest largement investie depuis 15 ans sur des problématiques de relation organismes/polluants inorganiques et de bioremédiation Plant AND metal 1600

5 Les contraintes métalliques chez les végétaux supérieurs: un thème plus large que la phytoremédiation… Le mot métaux évoque aujourdhui essentiellement le champs lexical de la pollution: Métaux lourds Polluants métalliques mais… il est permis délargir la discussion… Aujourdhui nous parlerons bien sûr des pollutions métalliques mais également de la carence ferrique et de la toxicité de laluminium

6 plan Eléments généraux de biologie métallique Eléments généraux de biologie métallique Homéostasie du fer : indispensable, dangereux et pas très disponible Homéostasie du fer : indispensable, dangereux et pas très disponible La toxicité de laluminium, un enjeu majeur de la croissance sur sols acides La toxicité de laluminium, un enjeu majeur de la croissance sur sols acides De la ferveur biotec autour de la phytoextraction du cadmium à la compréhension des mécanismes de lhoméostasie du zinc De la ferveur biotec autour de la phytoextraction du cadmium à la compréhension des mécanismes de lhoméostasie du zinc La tolérance au nickel : un modèle incontournable de biologie des milieux extrêmes La tolérance au nickel : un modèle incontournable de biologie des milieux extrêmes M.L. Guerinot L. Kochian C. Cobbett, D.Salt U. Kramer

7 Eléments généraux de biologie des métaux Métaux: réseau métallique à létat solide, tendance à céder des électrons Métaux de transition : capacité à établir des coordinations avec N, O, C Métalloïdes : caractéristiques intermédiaires avec les non-métaux Eléments traces: de la croûte terrestre / des organismes < 100 ppm Métaux lourds : éléments formant des précipités insolubles avec les sulfures OU densité OU 6g.ml -1 /n°A>20… Micropolluants métalliques: éléments traces métalliques toxiques

8 Eléments généraux de biologie des métaux Eléments essentiels : la carence compromet le cycle de développement et de reproduction, on peut corriger la carence par fertilisation, la fonction biologique est connue Eléments favorables : favorisent la croissance Oligoéléments : éléments traces essentiels

9 Ordres de grandeur

10 30-40% des protéines sont des métalloprotéines

11 Eléments généraux de biologie des métaux

12 Métaux de transition et stress oxydatif Redox Haber Weiss ROS Pas de cycle redox en conditions physiologiques… Mais Cd/Hg/Ni provoquent la dépletion en glutathion + se substituent aux Cu ou au Fe des métalloprotéines stress oxydatif indirect

13 Inégalité des stabilités des complexes métalliques série de Irving Williams Ca

14 Transport membranaire: aspects éléctrochimiques Des H+/ATPases acidifient la solution du sol, le xylème, les vacuoles… Des H+/ATPases acidifient la solution du sol, le xylème, les vacuoles… Les cations diffusent spontanément vers le cytoplasme lexclusion cellulaire, la séquestration vacuolaire et le chargement du xylème nécessitent un transport actif Les cations diffusent spontanément vers le cytoplasme lexclusion cellulaire, la séquestration vacuolaire et le chargement du xylème nécessitent un transport actif Equation de Nernst : Equation de Nernst : –Log (Ci/Co)=-z E / 59 (à 25°C) –Ci concentration interne –Co concentration externe –z charge de lélément – E potentiel membranaire Cf le chapitre du Hopkins (de boeck) sur lassimilation des minéraux

15 --> Elements de reflexion sur la composition de la solution nutritive

16 Eléments traces: lengorgement racinaire est la règle générale Les racines sont souvent les premières victimes des intoxications métalliques

17 Homéostasie du fer Indispensable, dangereux et pas très disponible

18 Indispensable mais pas très disponible Guérinot 1994 Plant Physiology Régions calcaires = 1/3 de la surface Acidification de la rhizosphère Réduction du Fe(III) en Fe(II) plus soluble Chélation

19 Modèle il y a 15 ans

20 Stratégie I Lòpez-Bucio 2003 Current Opinion in Plant Biology, 6:280–287 Acidification de la rhizosphère indicateur de pH coloré (Bromocresol pourpre) Equipe de Marschner dans Plant Physiol. (1984) 76, Architecture racinaire

21 Implication dune réduction du Fe 3+ avant absorption Expériences de Chaney et Brown (1971, Plant Physiology) Expériences de Chaney et Brown (1971, Plant Physiology) – –Chélation spécifique du Fe2+ par le BPDS supprime labsorption de Fer – –Chélation spécifique du Fe3+ par le EDDHA na pas deffet sur labsorption de fer

22 Guérinot PNAS | May 1, 2007 | vol. 104 | no. 18 |

23 Clonage de IRT1 Equipe ML Guérinot Equipe ML Guérinot –Complémentation fonctionnelle du mutant fet3fet4 à partir dune banque de cDNA 6 clones, tous identiques IRT1, non-homologues de FET3/FET4 6 clones, tous identiques IRT1, non-homologues de FET3/FET4 Eide et al. Proc Natl Acad Sci U S A May 28;93(11): Iron

24 Le mutant confirme la fonction…

25 Clonage de FRO2 (Equipe ML Guérinot) Primers sur les zones conservées de gp91phox et FRE1 fragment criblage dune banque de cDNA FRO2 et FRO1 Primers sur les zones conservées de gp91phox et FRE1 fragment criblage dune banque de cDNA FRO2 et FRO1 Criblage de mutants déficients pour lactivité ferric chelate reductase clonage positionnel de frd1 Criblage de mutants déficients pour lactivité ferric chelate reductase clonage positionnel de frd1 La surexpression de FRO1 complémente frd1 La surexpression de FRO1 complémente frd1 Robinson NATURE | VOL 397 | 1999

26 Ajout à nouveau de Fer 100µM Vert et al. Plant Physiology, June 2003, Vol. 132, pp. 796–804

27 Lhoméostasie du Fer…et les conséquences indirectes sur le ionome IRT1 Baxter 2009 PNAS

28 Compétition Fe / Cd pour IRT1

29 Design de sélectivité pour IRT1 Rodgers et al. PNAS (22) 12356–12360

30 Le design et lexpression chez le riz dune ferric reductase efficiente à pH élevé augmente la tolérance aux sols calcaires Ishimaru PNAS 2009

31 Absorption du fer : stratégie II Les graminées sont très tolérantes aux carences en fer Les graminées sont très tolérantes aux carences en fer – redevable à la stratégie II : forte corrélation entre la quantité de sidérophores relargués et la tolérance aux carences en fer (Marschner 1995) –Exeption : Le riz ne relargue pas beaucoup de sidérophores sensible aux carences en fer Guérinot Nature Biotechnology 19, (2001)

32

33 Guérinot PNAS | May 1, 2007 | vol. 104 | no. 18 |

34 YS1 Mutant YS1 décrit en 1929 par Beadle 1990 : déficience pour le transport de phytosidérophores 2001 : clonage du gène ZmYS1 à laide dune banque de mutants de transposons

35 Confirmation fonctionnelle par complémentation du mutant fet3fet4 BPDS séquestration du Fer libre Conjugué Fer- phytosidérophore

36 YS1 sexprime à la fois dans les feuilles et les racines Roberts et al. (2004) Plant Physiology 135: 112–120 Immunoblot avec des anticorps anti-YS1

37 Et quand même…le mutant chloronerva ? Expériences de greffe (1960) substance mobile dont labsence est responsable du phénotype Identification du NA : 1974 Kristensen Identification : la nicotianamine (1980 Phytochemistry) Clonage positionnel (1999)

38 chloronerva Expériences de greffe (1960) substance mobile dont labsence est responsable du phénotype Identification : la nicotianamine (1980 Phytochemistry) Clonage positionnel (1999)

39 Modèle aujourdhui SI Palmer & Guerinot 2009

40 Modèle aujourdhui SII Palmer & Guerinot 2009

41 La toxicité de laluminium, un enjeu majeur de la croissance sur sols acides

42 Contexte agricole Sols acides = 40 % terres arables Sols acides = 40 % terres arables Nombreux facteurs dacidification des sols cultivés Nombreux facteurs dacidification des sols cultivés 2 problèmes majeurs : 2 problèmes majeurs : –faible disponibilité en P –Forte disponibilité en Al Grande variabilité génotypique Grande variabilité génotypique –Forte corrélation entre les caractères de tolérance aux sols acides / aluminium –Variétés tolérantes pour bcp de plantes cultivées

43 Symptômes racinaires Symptômes racinaires Al3+ gradient electrochimique très favorable à labsorption Al3+ gradient electrochimique très favorable à labsorption Mécanismes de toxicité mal connus Mécanismes de toxicité mal connus –Action sur les pectines Rôle majeur des acides organiques dans la tolérance Rôle majeur des acides organiques dans la tolérance Ma et al. 2001

44 Chélation intracellulaire Barcelo 2002

45 Chélation extracellulaire

46 2004 : Clonage dALMT1 codant un canal malate racinaire activé par laluminium Cloné chez le blé, surexprimé chez lorge Delhaize 2004 PNAS


Télécharger ppt "Carences et toxicités métalliques chez les végétaux supérieurs Caractérisation des réponses et adaptations physiologiques et moléculaires Antoine Gravot."

Présentations similaires


Annonces Google