Identification de gènes impliqués dans la tolérance au plomb chez

UNIVERSITE MONTPELLIER II - SCIENCES ET TECHNIQUES DU
LANGUEDOC
Ecole doctorale SIBAGHE
Biologie Intégrative des Plantes
Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l'Université Montpellier 2
Identification de gènes impliqués
dans la tolérance au Plomb chez la brassicacée,
Hirschfeldia incana
Présentée et soutenue publiquement le 14 Décembre 2012
Par
Florence AUGUY
Directeur de thèse : Patrick Doumas
JURY
Sébastien Thomine DR CNRS Rapporteur
Alain Vavasseur DR CEA Rapporteur
Michel Lebrun Pr Université Montpellier 2 Examinateur
Patrick Doumas CR/HDR INRA Directeur de thèse
Thèse préparée au sein du Laboratoire de Biotechnologies des Plantes (LBP), Centre National
de l’Energie, des Sciences et des Techniques Nucléaires (CNESTEN), Rabat, Maroc, dans le
cadre du Laboratoire Mixte International « Biotechnologie microbienne et végétale » (IRD-
UMR DIADE/CNESTEN/Université Mohammed V).

UNIVERSITE MONTPELLIER II - SCIENCES ET TECHNIQUES DU
LANGUEDOC
Ecole doctorale SIBAGHE
Biologie Intégrative des Plantes
Thèse
pour obtenir le grade de
Docteur de l'Université Montpellier 2
Identification de gènes impliqués
dans la tolérance au Plomb chez la brassicacée,
Hirschfeldia incana
Présentée et soutenue publiquement le 14 Décembre 2012
Par
Florence AUGUY
Directeur de thèse : Patrick Doumas
JURY
Sébastien Thomine DR CNRS Rapporteur
Alain Vavasseur DR CEA Rapporteur
Michel Lebrun Pr Université Montpellier 2 Examinateur
Patrick Doumas CR/HDR INRA Directeur de thèse
Thèse préparée au sein du Laboratoire de Biotechnologies des Plantes (LBP), Centre National
de l’Energie, des Sciences et des Techniques Nucléaires (CNESTEN), Rabat, Maroc, dans le
cadre du Laboratoire Mixte International « Biotechnologie microbienne et végétale » (IRD-
UMR DIADE/CNESTEN/Université Mohammed V).

Identification de gènes impliqués dans la tolérance au Plomb chez la brassicacée, Hirschfeldia
incana
Résumé
L’exploitation, puis l’abandon des sites miniers dans l’est marocain, a entraîné une importante
pollution des zones avoisinantes, générée par la dispersion de déchets riches en Pb. Pour résoudre ce
problème, des programmes de phytomanagement sont à développer. Cependant, la réalisation de ces
projets se heurte à deux contraintes : une faible diversité des plantes métallophytes et une
méconnaissance des mécanismes de la tolérance au Pb.
Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse a été de sélectionner une ou des plantes
susceptibles d’entrer dans un programme de phytoremédiation et d’identifier des gènes impliqués dans
la tolérance au Pb.
Dans un premier temps, l’analyse des sols et des résidus miniers a révélé une importante
contamination polymétallique du site d’étude. Des prospections floristiques ont ensuite permis
d’identifier une plante de la famille des brassicacées, Hirschfeldia incana, prédominante sur les sites
miniers pollués et qui accumule le Pb. L’accumulation du Pb chez H. incana a été confirmée en
conditions contrôlées et une stratégie « gène candidat » a montré l’implication dans la tolérance au Pb
de deux gènes, l’un codant pour une métallothionéine MT2a et l’autre pour un transporteur
membranaire HMA4. Enfin, la comparaison des transcriptomes d’H. incana et d’A. thaliana a abouti à
l’édification d’une liste de gènes candidats susceptibles d’être impliqués dans la tolérance au Pb.
L’analyse fonctionnelle de quatre de ces gènes, codant pour une ferritine, une métallothionéine, une
protéine fixatrice du cuivre et une défensine, a précisé leur rôle dans la tolérance au Pb.
Mots clés : Hirschfeldia incana, plomb (Pb), tolérance, déchets miniers, pollution, phytoremédiation,
Arabidopsis thaliana, transcriptome, Maroc.
Identification of genes involved in lead tolerance in Hirschfeldia incana (brassicaceae)
Abstract
Exploited, and then abandoned, mining sites, in the eastern Morocco, have polluted the
neighboring regions, by dispersion of mining wastes containing Pb. Facing this problem, it is
necessary to develop phytomanagement programs. Nevertheless, these project realisations encountered
two major constraints: weak metallophyte plant diversity and misunderstanding of Pb tolerance
mechanisms.
In this context, the objectif of my work was to select plants compatible with a phytoremediation
program and to identify genes implicated in lead tolerance.
Firstly, soil and mining waste analysis has revealed an important polymetallic pollution of the
studied region. Then, floristic explorations had permitted to identify a plant of the brassicaceae family,
Hirschfeldia incana, which is predominant on the polluted mining regions and accumulated Pb. Pb
accumulation in H. incana was confirmed in controlled conditions and a candidate gene approach has
shown the lead tolerance implication of two genes, one coding for a metallothionein (MT2a) and the
other a membrane transporter (HMA4). Finally, the transcriptome comparison from H. incana and A.
thaliana has generated a list of candidate genes putatively implicated in Pb tolerance. Functional
analysis of four genes, coding a ferretin, a metallothionein, a copper binding protein and a defensin,
has permitted to clarify their role in Pb tolerance.
Key words: Hirschfeldia incana, lead (Pb), tolerance, mining wastes, pollution, phytoremediation,
Arabidopsis thaliana, transcriptome, Morocco.
Thèse préparée au sein du Laboratoire de Biotechnologies des Plantes (LBP), Centre National de
l’Energie, des Sciences et des Techniques Nucléaires (CNESTEN), Rabat, Maroc, dans le cadre du
Laboratoire Mixte International « Biotechnologie microbienne et végétale » (IRD-UMR
DIADE/CNESTEN/Université Mohammed V).