Une espèce de spartine utile à la phytoremédiation ?



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Article dans Plant Science

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© Sciences Ouest, 342 (mai 2016) "Ils attaquent la pollution par les racines"
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Une espèce de spartine utile à la phytoremédiation ? Ou comment passer de la génomique environnementale à l'ingénierie environnementale

Le succès écologique des espèces polyploïdes (i.e. qui possèdent plus de 2 lots complets de chromosomes) se traduit souvent par de meilleures capacités à coloniser des environnements contraignants, généralement associés à des niveaux de tolérance aux stress plus larges comparativement aux espèces diploïdes apparentées (i.e. possédant deux lots de chromosomes homologues (2n = 2x). Chez les espèces allopolyploïdes (polyploïdes d’origine hybride) caractérisées par la réunion et la duplication de génomes divergents, la combinaison des mécanismes d’hybridation et de polyploïdie est responsable d’un « choc » et d’une redondance génomique. Ces deux évènements induisent des changements sur les plans génétiques et épigénétiques, susceptibles de produire de nouveaux phénotypes (ensemble des caractères apparents d'un individu) potentiellement adaptatifs.

L’étude des mécanismes de tolérance aux stress dans un contexte de spéciation allopolyploïde reste un domaine encore peu caractérisé. Dans le cadre d’une thèse soutenue en décembre 2018 et menée au sein de l’équipe "Évolution, Génomes, Adaptation" de l’UMR CNRS ECOBIO (Armand Cavé-Radet ; Dir. : A. El Amrani, A. Salmon et M. Ainouche), une étude visant à explorer les mécanismes de tolérance des plantes aux xénobiotiques organiques de la famille des HAPs (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) chez les spartines (plantes polyploïdes colonisant les marais salés côtiers et exposées de façon récurrente aux marées noires) a récemment été publiée dans la revue Plant Science en janvier 2019. Ce travail repose sur une approche comparative sur un modèle de spéciation allopolyploïde récente (environ 150 ans), constitué des espèces parentales hexaploïdes (2n = 6x) S. alterniflora (parent maternel) et S. maritima (parent paternel), et de l’allopolyploïde S. anglica (2n = 12x) qui résulte de la duplication du génome de leur hybride F1 S. x townsendii. Ce modèle permet notamment de tester l’effet de l’allopolyploïdie sur l’évolution de la tolérance aux xénobiotiques.

Des analyses aux niveaux anatomiques, biochimiques et moléculaires ont été réalisées. Ces analyses réalisées en conditions in vitro en présence ou non de phénanthrène (HAP modèle) ont porté sur la mesure des capacités photosynthétiques, la révélation de marqueurs de stress oxydant, et la compartimentation cellulaire des xénobiotiques au sein des tissus foliaires de chacune des espèces. Ce travail présente les premières données disponibles sur les capacités de tolérance aux HAPs au sein du genre Spartina en comparant plusieurs espèces dans un contexte de spéciation par allopolyploïdie. Rappelons que le phénanthrène est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) ; c’est un composé organique toxique qui fait partie des polluants organiques persistants (POPs). On le trouve dans l'environnement surtout dans les sols et les sédiments.

Les analyses effectuées sur l’appareil photosynthétique montrent que la présence de phénanthrène n’affecte pas les capacités photosynthétiques chez S. anglica, à l’inverse des espèces parentales (baisses significatives du ratio Fv/Fm et des contenus en pigments photosynthétiques chez S. alterniflora et S. maritima). De plus, les données issues de l’évaluation du stress oxydant révèlent un impact limité des xénobiotiques chez S. anglica et S. alterniflora par rapport à S. maritima (présentant un stress oxydant prononcé). Ces mêmes disparités ont été retrouvées concernant les stratégies de compartimentation plus restreintes, et le dosage supérieur des xénobiotiques chez le parent paternel. On observe également sur le long terme des phénotypes de nécrose des tissus foliaires chez les espèces parentales tandis que S. anglica ne présente pas d’impact du stress sur son phénotype.

En complément, basée sur un ensemble de 52 gènes du xénome identifiés chez Arabidopsis et potentiellement impliqués dans les mécanismes de détoxification du phénanthrène, la recherche de gènes homologues a été réalisée chez Spartina en utilisant les ressources génomiques et transcriptomiques développées au laboratoire. L’analyse d’expression de gènes homologues aux GSTs (Glutathion-S transférases) a révélé des changements d’expression suite à l’évènement de spéciation et en réponse au stress.

Les résultats obtenus mettent en avant un meilleur niveau de tolérance au phénanthrène chez S. anglica par rapport aux espèces parentales, et notamment S. maritima qui semble l’espèce la plus sensible au phénanthrène. Ainsi, l’espèce néo-allopolyploïde S. anglica représente un candidat intéressant à considérer pour la dépollution des marais salés contaminés aux HAPs.



Référence :
Cavé-Radet A, Salmon A, Lima O, Ainouche ML, El Amrani A. 2019. Increased tolerance to organic xenobiotics following recent allopolyploidy in Spartina (Poaceae). Plant Science 280: 143–154. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.11.005.


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Armand Cavé-Radet / @
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Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @



Richeux V2

S. anglica sur son habitat naturel (Château Richeux, Ile et Vilaine, France ; Crédit M. Ainouche)





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