Caractérisation de l'activité du transporteur IRT1 impliqué dans l'absorption des métaux chez l'espèce hyperaccumulatrice Noccaea caerulescens

La croissance et le développement des plantes dépendent de l'activité coordonnée de transporteurs et de canaux membranaires, qui assurent l’absorption, la translocation et le stockage des nutriments essentiels, y compris les métaux. Des éléments comme le fer (Fe), le manganèse (Mn), le nickel (Ni) et le zinc (Zn) jouent un rôle fondamental dans de nombreuses fonctions métaboliques. Toutefois, une accumulation excessive peut devenir toxique, provoquer un stress oxydatif, des carences nutritionnelles ou même entraîner la mort cellulaire. Les plantes ont donc mis en place des mécanismes homéostatiques rigoureux afin de maintenir des concentrations internes adéquates. Certaines espèces, notamment celles adaptées aux sols métallifères, présentent une tolérance accrue. Parmi elles, les plantes dites hyperaccumulatrices sont capables de concentrer des métaux dans leurs tissus aériens à des niveaux très élevés, sans en subir les effets toxiques.Noccaea caerulescens est une plante modèle d’hyperaccumulation, connue pour accumuler du Zn et, dans certaines accessions, du Ni. Malgré l’intérêt porté aux mécanismes d’absorption du Zn, ceux impliqués dans l’hyperaccumulation du Ni restent encore mal élucidés. Il a été proposé que NcIRT1, un transporteur appartenant à la famille ZIP, joue un rôle central dans l'absorption du Ni chez N. caerulescens. Bien que certains membres de cette famille aient été partiellement caractérisés, la nature exacte du transport réalisé par NcIRT1 restait inconnue. En nous basant sur les propriétés des transporteurs similaires chez les mammifères et sur le gradient de protons (H⁺) membranaire, nous avons émis l’hypothèse que NcIRT1 fonctionne comme un co-transporteur Me²⁺:H⁺.Pour tester cette hypothèse, des approches électrophysiologiques ont été menées sur des plantes de deux accessions de N. caerulescens (Cira, hyperaccumulatrice de Ni, et La Calamine, non-hyperaccumulatrice de Ni), ainsi que dans des systèmes hétérologues. L’ajout de ZnCl₂ aux racines a induit une hyperpolarisation du potentiel de membrane (Em), indiquant un transport électrogénique, alors que l’ajout de NiCl₂ n’a entraîné aucune variation notable d’Em, suggérant un transport non-électrogénique. Ces résultats ont été renforcés par des mesures sur ovocytes de Xenopus laevis exprimant NcIRT1, dans lesquelles aucun courant dépendant du Ni n’a été détecté lors d’expériences de voltage clamp à deux électrodes. En revanche, l’utilisation de plantes transgéniques d’Arabidopsis thaliana exprimant NcIRT1 a permis de démontrer la capacité de ce transporteur à transporter le Ni, le Zn, le Fe et le Mn.Des mesures du potentiel de membrane ont confirmé que NcIRT1 transporte le Zn de manière électrogénique, tandis que le transport du Ni est non-électrogénique. Ces observations suggèrent des stœchiométries distinctes : probablement 1Ni²⁺:0H⁺ (non-électrogénique) et 1Zn²⁺:>1H⁺ (électrogénique). Il est aussi envisagé que la faible électrogénicité du transport du Ni soit due à un taux de transport réduit combiné à une forte chélation cytosolique, qui préviendrait la toxicité intracellulaire. Ce phénomène a déjà été observé chez un transporteur bactérien de la même famille ZIP.Nous avons en parallèle caractérisé l’expression tissulaire de NcIRT1 dans l’accession Cira, en utilisant le système Gus. Cette analyse a révélé une localisation spécifique dans les trichoblastes. En outre, NcIRT1 présente une expression constitutive élevée, et est également induit par des concentrations élevées en Ni.Enfin, cette étude s’est accompagnée de la rédaction d’un article de synthèse décrivant les méthodologies employées pour caractériser les transporteurs de métaux. Ces approches sont essentielles pour comprendre les mécanismes de transport, d’homéostasie et d’hyperaccumulation des métaux chez les plantes.