TD – RFO Plantes hyperaccumulatrices de métaux lourds

• Aspects écologiques généraux• Sur la base des documents 1 à 4, proposez une présentation de la problématique des espèces

végétales métallophytes, qui intègre les notions suivantes :• Hyperaccumulation / Stratégie d’exclusion / Hypertolerance / Endémisme / Fonctions

écologiques de l’hyperaccumulation

• Phytoremédiation• Sur la base des documents 5-8, identifier quelques paramètres à prendre en compte au niveau

du choix des espèces et des « pratiques culturales » dans le cadre d’une démarche de phytoextraction

• Mots clés : Facteur de bioconcentration / Biomasse / EDTA

• Mécanismes physiologiques impliqués dans les caractères d’hyperaccumulation• A partir des documents proposés 9-12 ou 13-18, construire une discussion autour des deux

hypothèses suivantes. Vous identifierez si besoin des contradictions et proposerez des expériences complémentaires qui permettraient de les résoudre

– la tolérance des cellules foliaires au Cd ou au Ni est nécessaire et éventuellement suffisante à une meilleure translocation racines /feuilles

– au contraire la translocation accrue de Cd ou de Ni est nécessaire et éventuellement suffisante à une meilleure tolérance de la plante en préservant la viabilité racinaire ?

• A partir de l’ensemble des documents proposés, discutez de l’implication des principaux facteurs biochimiques impliqués dans la tolérance aux métaux lourds chez les végétaux

Science 1976

Document 1

Document 2

(a)(b)

Document 3

Document 4

(a)

(b)

Document 5

D’après Kramer et al. Plant Physiol. Vol. 11 5, 1997

Dosages des teneurs sur un site ultramafique (Autriche)

Teneurs en Ni dans les feuilles(µmol / g MS)

Teneurs en Ni dans le sol sous jacent (µmol / g MS)

Thlaspi goesingense (2 à 5 tonnes /ha)

93.3 24.5

Silene cucubalus

4.3 11.2

Mc Grath & Zhao. (2003) Current Opinion in Biotechnology 14(3): 277-282.

Document 6

Facteur de bioconcentration : teneur dans les parties récoltées / teneur dans le sol

Modèle de calcul du nombre de récoltes nécessaire pour diviser par deux les teneurs

en métaux dans les 20 premiers cm de sol

Document 7

EDTA EDTAEDTA

J. Environ. Qual. 30:1919–1926 (2001).

Document 8

Document 9

(a) (b)

(c)

Document 10

(b)

(c)

(a)

Document 12 : Exemples de molécules organiques impliquées in vivo dans la complexion, le transport

et la séquestration des métaux

Document 13

Document 13 : détail du matériels et méthodes

Localisation de l’expression du gène HMA4 par une construction promoteur:GUS : HMA4 est un transporteur de Zn/Cd exprimé dans le

péricycle et le parenchyme xylémien

Hanikene et al. 2008 Nature

Document 14

Document 15 : Phénotype des mutants hma4 dans le fond génétique A.halleri

Hanikene et al. 2008 Nature

Visualisation des accumulations racinaires de zinc par un fluorophore spécifique (fluorescence verte) pc= péricycle

Document 15 : phénotypes foliaires de lignées surexprimant HMA4 soumises à des traitements métaux

Hanikene et al. 2008 Nature

Document 16 : synthèse des connaissances concernant le rôle physiologique de HMA4

Document 17 : Localisation tonoplastique de la protéine HMA3 (tranporteur de Cd/Pb) fusionnée à une protéine GFP

Document 18 : Localisation de l’expression du gène HMA3 à l’aide d’une construction promoteur:GUS

Figure 19 : Impact de la surexpression de HMA3 sur la compartimentation subcellulaire du cadmium visualisée à

l’aide d’un fluorophore spécifique du Cd

Document 20 : Effet de la surexpression ubiquiste (promoteur 35S) de HMA3 sur la tolérance et

l’accumulation de Cd

Lignée sauvage Lignée surexprimant HMA3