Post on 05-Jan-2017
Defi Enviromics Gene-4-Chem
Sylvain MERLOT sylvain.merlot@isv.cnrs-gif.fr Approches Intégrées des transports d’ion Département de Biologie Cellulaire I2BC (UMR 9198, Gif-sur-Yvette)
Nickel
Manganèse
Fer
Régulation de l’homéostasie métallique chez les êtres vivants
Cuivre
Zinc
Uréase
Co-Facteurs
(NH2)2CO + H2O➜ CO2 + 2 NH3
Carences Anémie Chlorose
Reaction de Fenton
Stress Oxidatif Stress Génotoxique
H2O2 ➜ OH- + OH.
Fe2+ Fe3+
Les flores métallophyles Pelouse calaminaire, Auby, France
Flore serpentinique, Nouvelle-Calédonie
2 stratégies d’adaptation
Exclusion Accumulation >>
Diversité des espèces hyperaccumulatrices de métaux
Metal Toxicité (µg.g-1)
Limite d’hyperaccumulation
(µg.g-1) Taxa Familles
Zinc 100-300 >10.000 15 6
Manganese 200-3500 >10.000 22 8
Nickel 10-50 >1.000 390 42
Cadmium 6-10 >100 5 2
Pycnandra acuminata (Sapotaceae)
25% Ni dans le latex
Noccaea caerulescens (Brassicaceae)
Hyperaccumule le Zn, Cd, Ni
Kramer 2000; Losfeld et al. 2014
Distribution des hyperaccumulateurs de Nickel
Jaffré et al. 2013
Valorisation des plantes hyperaccumulatrices de métaux
Réhabilitation de sites miniers
Saint-Laurent-le-Minier, France (C. Grison)
Thio, Nouvelle-Calédonie (C. Grison)
Chimie verte
C. Grison et al. 2013
Extraction des métaux à partir des cendres de P. gabriellae (Ni) C. Grison
Notre connaissance des mécanismes impliqués dans l’accumulation des métaux est limitée
Me
Me Me
Me
- Protéines impliquées dans le transport des métaux
- Enzymes de biosynthèses de chélateurs de métaux
Identifier les gènes impliqués dans l’hyperaccumulation de métaux chez des espèces "non-modèles" Valoriser ces connaissances moléculaires, notamment à travers le développement de la chimie verte.
Gènes fortement et constitutivement exprimés chez les espèces hyperaccumulatrices de Zinc et Cadmium modèles Arabidopsis halieri, Noccaea caerulescens (Brassicaceae).
Gènes candidats différentiellement exprimés
Sequencage Illumina HiSeq2000
Assemblage des reads et dénombrement
GeneX% GeneY% GeneZ%
Hyperaccumulateur Non-accumulateur
ARN (Feuilles et Racines)
Choix de couples d'espèces
Stratégie utilisée dans le projet Gene-4-Chem
Diversité des espèces hyperaccumulatrices
Analyse et Valorisation des résultats
Les Partenaires du Projet Gene-4-Chem
Approches Intégrées des Transports d’Ions I2BC, UMR 9198 CNRS-CEA-UPS, Gif-sur-Yvette Sylvain Merlot
Chimie Bio-inspirée et d’Innovations Ecologiques ChimEco, FRE 3673 CNRS-UM2-Stratoz, Clapiers Claude Grison
Plateforme Transcriptome Sandrine Balzergue
Bioinformatique pour la Génomique Prédictive Marie-Laure Martin-Magniette URGV, UMR INRA-UEVE-CNRS, Evry
Gènes candidats différentiellement exprimés
Sequencage Illumina HiSeq2000
Assemblage des reads et dénombrement
GeneX% GeneY% GeneZ%
Hyperaccumulateur Non-accumulateur
ARN (Feuilles et Racines)
Choix de couples d'espèces
Interactions entre les équipes
Diversité des espèces hyperaccumulatrices
Analyse fonctionnelle des gènes d'intérêt
Valorisation des données moléculaires pour la chimie écologique
Principaux résultats 2014
Noccaea montana Feuilles: 937 ± 480 µg Ni /g Sol: 2710 ± 300 µg Ni /g
Prospection d'écotypes de Noccaeae (Brassicaceaea) sur Serpentine en France
Noccaea caerulescens (firmiensis) Feuilles: 9650 ± 3950 µg Ni /g Sol: 2150 ± 290 µg Ni /g
Puy de Wolf, Aveyron
Suc de Clava, Ardèche
Plantes hyperaccumulatrices de nickel Cubaines
Collaboration avec Dubiel Alfonso Gonzalez (Université Agraire de la Havane)
130 espèces hyperaccumulatrices de nickel à Cuba (Reeves et al. 1999)
Test d'activité catalytique des extraits
Psychotria grandis : 11 200 ± 5 600 µg Ni/g Psychotria clementis : 121 ± 22 µg Ni/g
Leucocroton havanensis : 14 100 ± 950 µg Ni/g Lasiocroton microphyllus : 43 µg Ni/g
Analyses transcriptomiques comparatives (RNA-Seq)
-Comparaisons transcriptomiques
- Noccaea caerulescens (Ni) vs. Noccaea montana - Noccaea caerulescens (Ni) vs. Noccaea caerulescens (Zn)
- Leucocroton havanensis (Ni) vs. Lasiocroton microphyllus
- Psychotria grandis (Ni) vs. Psychotria clementis (Cuba) - P. gabriellae (Ni) vs. P. semperflorens (Nouvelle-Calédonie)
-Préparation des banques ADNc 16 banques ADNc (8 échantillons, duplicata)
- Extraction d'ARN de feuille (8 espèces)
-Séquençage Illumina HiSeq 2000 100 pb Paired End, 40-60x106 reads/ échantillon
Projet 2015
-Analyses transcriptomiques comparatives et analyses statistiques Identification de gènes candidats
Poursuivre les analyses des données RNA-Seq
-Assemblage de nouveaux transcriptomes de référence (e.g. L. havanensis)
Espèces hyperaccumulatrices de nickel de la famille du peuplier
Espèces hyperaccumulatrices de manganèse
-Séquençage et analyse de nouveaux transcriptomes
Homalium austrocaledonicum (Salicaceae)
Grevillea gillivrayi (Proteaceae)
(S. Merlot) (endemia.nc)
Approfondir les analyses chimiques et élémentaires
-Tester de nouveaux extraits d'hyperaccumulateurs pour la catalyse chimique Espèces hyperaccumulatrices Cubaines
-Etudier la spéciation des métaux XRF, XANES, EPR…
Présence de Ni III/IV chez Psychotria gabriellae C. Grison et al. 2013
-Etudier la localisation des métaux au niveau tissulaire et cellulaire
µPIXE TEM-EDX
(Fernando et al. 2013) (Lanquar et al. 2005)
Analyse et valorisation des données moléculaires
-Etudes fonctionnelles des gènes candidats Transporteurs de métaux Biosynthèse de chélateurs de métaux (Etudes métabolomiques)
-Evolution des mécanismes d'hyperaccumulation des métaux chez les plantes Comparaison des Psychotria Cubains et néo-Calédoniens
-Développement de la Chimie Verte Marqueurs moléculaires pour le barcoding et la sélection variétale Chimie de synthèse bio-inspirée (Chélateurs de métaux)