Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

Jeudi 28 Janvier 2021 à 14 h

(en Zoom à partir de la salle bibliothèque de B&PMP (pas de public accepté en présentiel)

Localisation, dynamique et rôle des coumarines dans la nutrition en fer chez Arabidopsis thaliana

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes
Etablissement : Université de Montpellier

Unité de recherche : UMR 5004 – BPMP – Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes

Equipe: Nutrition Minérale et Stress Oxydatif (FeRos)

devant le jury composé de :

Mme. Helen NORTH, DR INRAE, IIJPB Versailles Rapportrice
M. Sébastien THOMINE, DR CNRS, I2BC Gif-sur-Yvette Rapporteur
Mme. Angélique BESSON-BARD, Maître de conf, Agroécologie Dijon Examinatrice
M. Frédéric BOURGAUD, Directeur Général Délégué à la Recherche
Vandoeuvre-lès Nancy Examinateur
M. Loïc LEPINIEC, DR INRAE, IIJPB Versailles Examinateur
M. Enric ZELAZNY, Chargé de recherche CNRS, BPMP Montpellier Examinateur
M. Christian DUBOS, DR INRAE, BPMP Montpellier Directeur de thèse
Mme. Esther IZQUIERDO ALEGRE, CR INRAE, BPMP Montpellier Co-encadrante de thèse

Résumé:

Le fer (Fe) est un élément essentiel pour la plupart des êtres vivants car il est le cofacteur de nombreuses protéines qui sont impliquées dans divers processus biologiques tels que la photosynthèse, la respiration ou l’assimilation de l’azote. Bien que le fer soit le quatrième élément le plus abondant de la croûte terrestre, sa biodisponibilité pour les plantes est très faible. En effet, le fer est essentiellement présent dans le sol sous forme d’hydroxydes et d’oxydes de fer, insolubles par définition. En outre, chaque unité de pH supplémentaire dans le sol diminue sa biodisponibilité d’un facteur 1000. C’est pourquoi, l’acquisition du fer dans les sols alcalins (pH > 7) est particulièrement problématique pour les plantes. Ces dernières ont élaboré différentes stratégies afin de prélever ce micronutriment. A l’exception des Poacées, l’acquisition du fer par les plantes nécessite une étape de réduction du Fe3+ en Fe2+ avant que ce dernier ne soit prélevé par les racines. Ces deux étapes impliquent une réductase ferrique et un transporteur haute affinité localisés au niveau de la membrane plasmique de l’épiderme de la racine. La solubilisation du fer est facilitée par la sécrétion de composés phénoliques tels que les coumarines. Bien que longtemps sous-évaluée, la sécrétion des coumarines est désormais considérée comme un élément crucial pour l’acquisition du fer. Cependant, les mécanismes moléculaires associés à leur sécrétion dans le sol, ainsi que leur mode d’action une fois sécrétées, ont été peu étudiés. Mon projet de thèse a donc consisté à étudier la localisation des coumarines fluorescentes (i.e. esculine, fraxine et scopoline) dans la racine d’Arabidopsis thaliana en réponse à la carence en fer. Par microscopie multi-photonique, j’ai pu montrer que les coumarines étaient localisées au niveau de l’endoderme, du cortex et des atrichoblastes de la racine en condition de carence en fer. Des analyses plus poussées par microscopie spectrale m’ont permis de montrer que la fraxine est essentiellement localisée au niveau du cortex de la racine, alors que la scopoline et l’esculine sont présentes dans l’endoderme, le cortex et les atrichoblastes. Ces analyses m’ont permis de mettre en évidence que la sécrétion de la scopolétine s’effectuait exclusivement via les poils absorbants contrairement à l’esculétine et la fraxétine. En outre, j’ai démontré que le rôle de PDR9 ne se limitait pas à la sécrétion de coumarines dans la rhizosphère mais s’étendait également à leur transport depuis le cortex vers l’épiderme de la racine. Un nouveau transporteur impliqué dans la sécrétion des coumarines a également été identifié. L’étude de la dynamique des coumarines a révélé une grande mobilité de ces composés dans la plante et dans le sol. J’ai notamment pu établir que la scopoline est transportée des racines jusqu’aux feuilles. Par ailleurs, j’ai pu montrer qu’une fois les coumarines secrétées, elles sont prélevées à nouveau sous forme de complexes FeIII-coumarines, et démontrer que ce mécanisme participe à l’acquisition du fer par la plante. Enfin, mes travaux indiquent que le prélèvement de ces complexes se fait via un transporteur qui reste à identifier et à caractériser. Cette découverte ouvre une nouvelle voie d’exploration qui nous conduira à une meilleure compréhension du rôle des coumarines dans la nutrition en fer des plantes.