Recherche de gènes associés à la tolérance à l'aluminium chez le blé Triticum aestivum et le riz Oryza sativa par de nouvelles approches moléculaires

L'aluminium est considéré comme le principal facteur limitant de la productivité des plantes dans les sols acides. Ces sols représentent 40% des terres cultivables du globe. En Amérique du Nord, ils constituent 40,9% des terres arables et sont essentiellement répartis sur les territoires canadiens. Face à l'augmentation de la population mondiale, il y a un enjeu économique important à augmenter la surface des terres cultivables et donc à pallier la phytotoxicité due à l'aluminium. Le but de cette thèse était d'isoler des gènes de plantes conférant une résistance au métal. En effet, certaines plantes présentent une résistance plus ou moins élevée face à l'aluminium en sols acides. Des études génétiques ont montré que ce phénotype était porté par le génome nucléaire et résultait de l'expression d'un à trois gènes selon le genre végétal étudié. Une fois ces gènes isolés, il serait donc possible de transférer le caractère de résistance vers des plantes à fort intérêt agronomique. Les travaux réalisés dans cette thèse ont consisté à appliquer deux approches de biologie moléculaire pour mettre en évidence des gènes impliqués dans la résistance : l'Hybridation Suppressive Soustractive (SSH) et la construction de banques d'expression de protéines via les systèmes GeneRacer/Gateway. Ces techniques ont été utilisées pour rechercher des gènes de tolérance chez deux types de plantes résistantes : le blé Atlas-66 et le riz (naturellement très résistant). Un nouveau système de banque d'expression de protéines a été mis au point pour permettre de réaliser des banques à partir de petites quantités d'ARNm et d'exprimer ces banques dans différents organismes. Aucun gène de résistance n'a pu être isolé à partir de ces banques. Face au faible rendement de la SSH, de nouveaux procédés de suppression PCR ont été élaborés. Ces procédés ont été nommés Suppression PCR par Remplissage des Extrémités et Suppression PCR par Ajout d'ARN. Ces améliorations techniques ont permis d'augmenter de manière significative la qualité des banques SSH obtenues. Un gène surexprimé chez la variété tolérante de blé Atlas-66 a été isolé : le gène 49A1. Ce gène confère une résistance modérée chez la levure Saccharomyces cerevisiae et présente de fortes homologies avec des transporteurs d'oligo-peptide proton dépendants. Son homologue chez le riz possède une dizaine d'hélices trans-membranaires et un promoteur avec de nombreux éléments de régulation DOFCOREZM impliqués dans le métabolisme du carbone. Le gène 49A1 pourrait s'avérer être un élément clef de la tolérance à l'aluminium chez les plantes par son implication hypothétique dans les mécanismes de sécrétion du malate. En effet, ces mécanismes sont considérés par certains chercheurs comme un élément pouvant mener à la résistance au métal. Son expression chez les plantes pourrait permettre d'obtenir des plantes génétiquement modifiées tolérantes au métal.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aluminium, Métaux lourds, Tolérance, Blé, Ri