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N3AF-2016 (9) - Note de recherche : Analyse protéomique des graines de Psychotria gabriellae (Baill.) Guillaumin, une plante endémique de la Nouvelle-Calédonie, en relation avec la tolérance au nickel par Charly Zongo et al. (1-Note)

29/10/2016
Par Charly ZONGO, Matthieu VILLEGENTE, Laurence LE PESSOT, Claudette JOB, Jean-Marc STRUB, Alain VAN DORSSELAER, Christine SCHAEFFER-REISS, François BERNIER, Anne BERNA, Maya BELGHAZI, Marie-Agnès JACQUES, Hamid HAMIR, Valérie BURTET-SARRAMEGNA, Jacques RABIER, Bruno FOGLIANI

Notes Académiques de l'Académie d'agriculture de France / Academic Notes from the French Academy of Agriculture (Note de Recherche)

Citation : Zongo C, Villegente M, Le Pessot L, Job C, Strub J-M, Van Dorsselaer A, Schaeffer-Reiss C, Bernier F, Berna A, Belghazi M, Jacques MA, Amir H, Burtet-Sarramégna V, Rabier J, Fogliani B, Job D. 2016. Analyse protéomique des graines de Psychotria gabriellae (Baill.) Guillaumin, une plante endémique de la Nouvelle-Calédonie, en relation avec la tolérance au nickel. Notes Académiques de l'Académie d'Agriculture de France / Academic Notes from the French Academy of Agriculture, 9, 1-37.

Edité par Christian Ferault, directeur de recherche honoraire à l’INRA, membre de l’Académie d’agriculture de France

Rapporteurs :

  • Jean-François Briat, directeur de recherche de classe exceptionnelle au CNRS, membre de l'Académie d'agriculture de France
  • Yvette Dattée, directeur de recherche honoraire à l'INRA, membre de l'Académie d'agriculture de France

Résumé : La Nouvelle-Calédonie possède une flore riche et diverse. Sa forte endémicité en plantes vasculaires (75,1 %) résulte en partie de l’origine gondwanienne de la flore et de la forte pression de sélection exercée par les sols ultramafiques, riches en éléments traces métalliques, dont le nickel. Si cet élément fait la richesse de l’archipel par son exploitation minière, cette dernière, ainsi que l’anthropisation du territoire, engendrent une détérioration des écosystèmes. Dans le cadre de la dynamique mondiale de conservation, de protection et de restauration de la biodiversité, il convient de caractériser au mieux la flore néo-calédonienne. Cette caractérisation passe notamment par l’étude des graines de cette flore, puisque ces dernières sont à la fois un des points clés du succès de la conquête de la planète par les plantes et un outil indispensable à la restauration écologique. Notre étude s’est attachée à caractériser par une approche biochimique la biologie des graines d’une plante endémique exceptionnelle, Psychotria gabriellae, une des plantes au monde contenant le plus de nickel dans ses feuilles. L’étude du protéome des graines de P. gabriellae (Baill.) Guillaumin a révélé la présence de protéines particulières nommées DING, notamment impliquées dans l’homéostasie d’éléments minéraux via leur interaction avec des transporteurs de type ABC (ATP-binding cassette) ou encore par séquestration du phosphore. Leur identification est corrélée avec l'observation d'un gradient de nickel dans la graine, et une co-localisation du nickel et du phosphore dans la partie externe de l’albumen, visant probablement à protéger l’embryon du caractère toxique de ce dernier (Zongo, 2010). Toutefois l’origine eucaryotique des protéines DING reste mystérieuse du fait de l’absence de gènes codant de telles protéines dans les génomes séquencés d'eucaryotes. Pour répondre à cette question, nous avons cherché à identifier la présence de bactéries dans la graine mature sèche. Plusieurs bactéries endophytes de graine ont été identifiées, mais aucune d’entre elles ne semble produire de protéines DING. Le rôle de ces protéines DING dans la physiologie de la graine de P. gabriellae et dans l’adaptation au nickel est discuté. Ces résultats permettent d’approfondir les mécanismes impliqués dans la mise en place de l’hyper-accumulation de nickel dans les plantes, mécanismes qui pourront un jour se révéler utiles pour répondre à des questions de phytoremédiation ou de phytoextraction d’éléments-traces métalliques.

Abstract: New Caledonia possesses one of the world’s richest, diverse and unique flora, and it is recognized as a biodiversity hotspot. Its high endemism in vascular plants (75.1 %) is partly due to the Gondwanan origins of its flora and to the high speciation induced by the ultramafic soils, which are rich in heavy metals, including nickel (and poor in essential nutrients, especially N, P, K). If this element is the source of the country richness, its mining exploitation and human colonization of the land induce ecosystems degradation. For these two main reasons, the study and comprehension of the new Caledonian flora is essential to be able to preserve, protect and restore its rich biodiversity. Preservation and restoration both depend on seeds. They are the unit of dispersal of higher plants, and are hence probably responsible of their world domination on flora. In the present work, we focused our study on the biochemical characterization of the seeds of Psychotria gabriellae (Baill.) Guillaumin, one of the world most nickel hyperaccumulating plant. A proteomics characterization of the seed revealed a high representation of DING proteins that are known to be involved with ABC (ATP-binding cassette) type transporters or to bind phosphorus. This observation was associated with the presence of a nickel gradient inside the seed, presumably being established in order to protect the embryo from its toxicity. However, the existence of genes encoding these proteins remains a subject of discussions. To address this question we assessed the existence of bacteria in the dry mature seeds of Psychotria gabriellae. Endophytic bacteria were identified but none of them seems to produce such proteins. This work will allow a better understanding of the mechanisms involved in nickel hyperaccumulation, and may highlight novel tools for phytoremediation or phytoextraction of heavy metals.

Contacts : Dominique Job (job.dominique@gmail.com) ; Alain Van Dorsselaer (vandors@unistra.fr) ; Valérie Burtet-Sarramégna (valerie.sarramegna@univ-nc.nc) ; Bruno Foglianu (fogliani@iac.nc)

Les auteurs :

Charly Zongo était chercheur à l’Institut Agronomique néo-Calédonien. Il fut le premier Kanak à avoir soutenu une thèse en biologie, en 2010, à l’Université de la Nouvelle-Calédonie. Cette publication est dédiée à sa mémoire.

Matthieu Villegente est responsable de l’unité de Biologie moléculaire au service des laboratoires officiels vétérinaires, agroalimentaires et phytosanitaires du Gouvernement de la Nouvelle-Calédonie. Domaines de recherche : santé animale, hygiène alimentaire.

Laurence Le Pessot a exercé le métier d'Ingénieur d'étude à l'INRA de Dijon. Après avoir travaillé pendant plusieurs années sur les protéines du goût, elle est actuellement Professeur de biologie à l'Institut Rondeaux –Idpces (Institut de Préparation au Concours et Etudes Supérieures) de Saint Brieuc.

Claudette Job est Ingénieur de recherche honoraire au CNRS. Domaines de recherche : physiologie végétale, développement des graines, biochimie des protéines, protéomique.

Jean-Marc Strub est Ingénieur de recherche au CNRS. Domaines de recherche : spectrométrie de masse des peptides et protéines, protéomique.

Alain Van Dorsselaer est Directeur de recherche émérite au CNRS. Il est responsablede la plateforme protéomique Strasbourg Grand Est. Domaines de recherche : cancers, protéomique.

Christine Schaeffer-Reiss est Ingénieur de recherche au CNRS. Domaines de recherche : spectrométrie de masse des peptides et protéines, protéomique.

François Bernier est Professeur à l’Université de Strasbourg. Domaines de recherche : physiologie végétale, métabolisme, Germin-Like Proteins, oxalate oxydase, protéines DING de plantes, enzymes à cytochrome P450.

Anne Berna est Chargée de recherche au CNRS. Domaines de recherche : biosynthèse et fonctions essentielles de stérols et d'autres isoprénoïdes végétaux, biochimie des protéines, germines et protéines DING végétales.

Maya Belghazi est Ingénieur de recherche au CNRS. Elle est responsable de la plateforme de protéomique du Centre d’analyse protéomique de Marseille. Domaines de recherche : protéomique, quantification des protéines et des peptides, étude des interactomes.

Hamid Amir est Professeur à l’Université de la Nouvelle-Calédonie. Il est responsable du Laboratoire Insulaire du Vivant et de l’Environnement (LIVE – EA 4243), Nouméa. Domaines de recherche : microbiologie, tolérance des plantes au nickel.

Marie-Agnès Jacques est Directeur de recherche à l’INRA. Elle est responsable de l’équipe EmerSys à l’Institut de Recherche en Horticulture et Semences (INRA, Angers). Domaines de recherche : microbiologie, santé des plantes, microbiote des graines.

Valérie Burtet-Sarramégna est Maître de conférences en biochimie et biologie moléculaire à l’Université de la Nouvelle-Calédonie. Domaines de recherche : physiologie végétale, plantes endémiques de la Nouvelle-Calédonie.

Jacques Rabier est Maître de conférences à l’Université d’Aix-Marseille. Domaines de recherche : mécanismes physiologiques des interactions plantes-environnement, phytoremédiation, endomycorhizes, tolérance aux métaux lourds.

Bruno Fogliani est Chercheur HDR, directeur-adjoint de l’Institut Agronomique néo-Calédonien. Domaines de recherche : écophysiologie de la germination des plantes endémiques de la Nouvelle-Calédonie, conservation et restauration écologique.

Dominique Job est Directeur de recherche émérite au CNRS. Chercheur en physiologie végétale, ses travaux portent sur le développement et l’évolution des plantes, mettant en particulier en évidence la dynamique du protéome des graines.