Caractérisation du mécanisme d'absorption du silicium par Equisetum arvense

• Main Author: Grégoire, Caroline
• Other Authors: Bélanger, Richard R.
• Format: Doctoral Thesis
• Language: French
• Published: Université Laval 2013
• Subjects: S 405 UL 2013; Silicium > Transport physiologique; Silicium > Absorption et adsorption; Equisetum; Plantes > Assimilation; Silicium en agriculture
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/24432

Le silicium (Si) est un élément ubiquiste et abondant dans l’environnement. L'absorption de Si par les plantes leur confère une résistance accrue à différents stress. Il y a une corrélation positive entre les effets bénéfiques observés et la quantité de Si absorbée via des transporteurs racinaires. Deux groupes de transporteurs d’influx et d’efflux ont été identifiés récemment dans les racines de certaines plantes supérieures. Afin de mieux utiliser le potentiel du Si, il est essentiel d’élargir le spectre des espèces végétales étudiées. Cette thèse utilise comme modèle une plante primitive fortement accumulatrice de Si : la prêle des champs (Equisetum arvense). L’objectif principal des travaux était d’identifier et de caractériser les transporteurs de Si de la prêle. Une approche utilisant le séquençage du transcriptome racinaire de la prêle a d’abord permis d’identifier chez cette plante une famille multigénique de transporteurs d’influx de Si : des aquaporines du sous-groupe des NIP. Une analyse phylogénétique ainsi qu’une comparaison des domaines fonctionnels ont permis de découvrir que les transporteurs de prêle appartiennent à un groupe de transporteurs distinct de celui des plantes supérieures. Les NIP de prêle ont un pore STAR, versus le pore GSGR commun à tous les autres transporteurs d’influx de Si. Afin d’en déterminer la fonction, les protéines de prêle ont été exprimées de façon hétérologue dans des ovocytes de Xenopus et chez Arabidopsis. Les résultats démontrent un influx élevé de Si. Les travaux ont ensuite permis d’identifier deux transporteurs Lsi2 d’efflux de Si chez la prêle, partageant une faible identité avec leurs homologues des plantes supérieures. Afin d’en déterminer la fonction, un des Lsi2 de prêle a également subi une expression hétérologue dans des ovocytes de Xenopus, confirmant qu’il s’agit d’un transporteur d’efflux de Si. Il est probable que l’absorption élevée de Si par la prêle soit due à l’abondance du nombre de gènes codant pour des transporteurs d’influx et d’efflux, mais aussi par l’activité spécifique élevée de ces transporteurs. Les travaux sur les transporteurs de Si chez la prêle permettent une comparaison entre les plantes primitives et les plantes agricoles modernes, afin d’optimiser l’usage du Si contre les stress. === Silicon (Si) is an abundant element in the environment. Plants benefit greatly from Si absorption, which results in increased resistance to stresses. There appears to be a link between high Si absorption via specific transporters, and the beneficial effects linked to this element. Recently, two groups of Si influx and efflux transporter were identified in the roots of Si-accumulating higher plants. Horsetail (Equisetum arvense) is a primitive plant and one of the strongest Si accumulators in the plant kingdom. The main objective of this thesis was to identify and characterize horsetail Si transporters. By sequencing the horsetail root transcriptome, we identified a multigene family of aquaporin Si influx transporters: aquaporins of the subgroup NIP. Comparison of known functional domains and phylogenetic analysis of sequences revealed that the horsetail proteins belong to a different group than higher-plant Si transporters. The horsetail proteins contain a STAR pore as opposed to the GSGR pore common to all previously identified Si influx transporters. In order to determine its functionality, the proteins were heterologously expressed in both Xenopus oocytes and Arabidopsis, and the results showed high Si influx activity. We also identified in horsetail two homologues of Lsi2 Si efflux transporters that share low sequence identity with their higher plant homologues. In order to determine its functionality, one of the horsetail Lsi2 was heterologously expressed in Xenopus oocytes, confirming its Si efflux activity. Overall, high Si accumulation by horsetail may be linked to the number of Si influx and efflux transporter, but also to their high transport activity. These findings on horsetail Si transporters allow a comparison between primitive plants and agronomic species, to optimize the use of Si against stresses.