Le nickel est le dernier élément reconnu comme micronutriment essentiel chez les plantes. Son rôle biologique reste limité à un très petit nombre d'exemples caractérisés à ce jour. Il agit comme cofacteur catalytique de l'uréase et, plus récemment, de la glyoxalase I. Cette découverte tardive explique en partie pourquoi le métabolisme du nickel est aujourd'hui bien moins documenté que celui d'autres métaux essentiels. Comme pour ces derniers, le nickel est nécessaire en faible quantité mais devient toxique au-delà d'un certain seuil. Certaines espèces, dites hyperaccumulatrices, sont pourtant capables de tolérer et d'accumuler ce métal en grande quantité dans leurs feuilles lorsqu'elles poussent sur des sols riches en nickel. Cependant, les protéines qui assurent sa liaison et sa détoxification chez les plantes restent, pour la plupart, inconnues. C'est dans cette perspective que s'inscrivent les deux premiers chapitres de cette thèse, consacrés à l'identification de nouvelles protéines de liaison au nickel (NiBP, Nickel-Binding Proteins) chez l'espèce hyperaccumulatrice Noccaea caerulescens, afin de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent l'homéostasie et la toxicité du nickel chez les plantes. 

Le premier chapitre porte sur le développement d'une approche de métalloprotéomique. Le protéome soluble de feuilles de plantes exposées à de fortes concentrations de nickel a été fractionné par une succession d'étapes de chromatographie liquide, tandis que la teneur en nickel de chaque fraction protéique a été déterminée par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS), afin de cibler les fractions les plus susceptibles de contenir des NiBP. Les protéines qui y sont enrichies ont ensuite été identifiées par spectrométrie de masse en tandem (MS/MS), puis hiérarchisées selon des critères de sélection stricts basés sur la qualité des données MS/MS, l'expertise manuelle des candidats, leur relation avec l'homéostasie des métaux et leur corrélation avec des données transcriptomiques, aboutissant à une liste de candidats NiBP.

Le deuxième chapitre est dédié à la caractérisation biochimique de l'un de ces candidats, MLP328, membre de la famille des Major Latex-like Proteins. La protéine recombinante a été produite en système bactérien puis purifiée, avant d'être caractérisée par différentes approches complémentaires, notamment une mesure de sa stabilité thermique, des essais de liaison au nickel in vitro et une analyse par spectrométrie de masse native, afin d'évaluer sa capacité à interagir avec ce métal. Cette étude révèle des propriétés inédites vis-à-vis de ce métal, apportant de nouvelles informations sur l’homéostasie du nickel chez les plantes.

Le troisième chapitre porte sur un projet annexe, consacré à l'autre versant de la toxicité métallique, celui des métaux sans fonction biologique connue, à travers l'étude de la phytotoxicité de l'uranium chez Arabidopsis thaliana. La contamination des sols agricoles en uranium est notamment associée à l'usage prolongé d'engrais phosphatés, qui en contiennent naturellement. Un premier volet étudie les effets d'un stress uranium sur le protéome membranaire et pariétal des racines, et montre notamment une altération marquée de l'abondance de protéines liées au trafic vésiculaire et aux flux hydriques. Un second volet s'intéresse aux mécanismes de distribution de l'uranium au sein de la plante, à travers l'étude d'un transporteur de type MATE dont l'expression est modulée en réponse à ce stress. Ce transporteur a été localisé dans la vacuole des cellules racinaires et foliaires. La génération de mutants perte et gain de fonction est en cours chez A. thaliana, et le transporteur sera caractérisé en système hétérologue chez la levure Saccharomyces cerevisiae, afin d'identifier à terme son ou ses substrats et de préciser son rôle dans le transport de l'uranium​​.​

Direction / Supervision​
Stéphane Ravanel et Jonathan Przybyla-Toscano