Published January 26, 2017 | Version v1
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Study of transporters involved in cesium uptake by roots and translocation to the aerial parts in Arabidopsis thaliana

Description

134Cs and 137Cs, two radioactive isotopes unintentionally released after the Chernobyl and the Fukushima accidents, are of major concern for ecosystems protection and human health. Together with the soil and the soil solution composition, plant properties have a major influence on the amount of caesium uptake which is highly heterogeneous between species. Due to the important role of transporters in the control of elements fluxes, the aim during my thesis was to identify and characterize those that were involved in a significant part of cesium transport. Due to analogy with potassium (K), an essential macronutrient for plants, caesium is supposed to pass predominantly through potassium carriers. Potassium transport involves a diversity of proteins and their respective contribution depends on the level of K supply to the plant. Therefore, I started my project testing the effect of three different K-treatments on uptake, accumulation and distribution of caesium. Concerning the effects of K supply on root uptake of caesium, our results are consistent with the known role of the potassium transporter HAK5 and non-selective cations channels respectively. Additionally, our observations show that two potassium channels from the Shaker family could be involved in caesium translocation and recirculation. The HAK5 transporter mentioned above is already well characterized for its role in the root uptake of caesium and potassium. This transporter belongs to the KUP/HAK/KT family with 12 other proteins in A. thaliana. Results produced during my thesis demonstrate in planta the role of KUP9 transporter - a member of the KUP family-, which has received little attention so far. Changing in potassium uptake has not been observed in mutant lines disrupted in this KUP9 transporter: it could be possible to modulate caesium uptake without alteration of potassium nutrition. This result is very promising for management strategies of contaminated lands modulating plant properties to accumulate large amount of caesium (phytoremediation) or to limit caesium transfer in foodstuffs (safe food). (author)

Abstract (French)

Le 134Cs et le 137Cs, deux isotopes radioactifs du cesium relaches entre autres a la suite des accidents de Tchernobyl et Fukushima, sont des sources de preoccupations majeures pour la securite sanitaire et pour la preservation des ecosystemes. L'absorption de cesium est inegale entre especes vegetales: outre sa disponibilite dans le sol, le transport du cesium est egalement influence par des proprietes propres a la plante. Les flux d'elements chez les vegetaux etant regules par des transporteurs, l'objectif general de ma these a ete d'identifier et de caracteriser ceux qui sont significativement impliques dans le transport du cesium. Du fait de l'analogie avec le potassium, le cesium est suppose emprunter les voies de transport dediees a ce macronutriment. Le systeme de transport potassique comprend une diversite de proteines dont les contributions respectives dependent des niveaux d'apport en potassium. Je me suis donc interessee a l'etude de l'absorption, de l'accumulation et de la distribution du cesium pour trois niveaux de nutrition potassique. En ce qui concerne l'absorption racinaire de cesium, nos donnees sont coherentes avec les connaissances sur les roles respectifs du transporteur potassique HAK5 et des canaux cationiques non selectifs en fonction du niveau de potassium. En outre, les tests realises indiquent que des canaux potassiques de la famille des Shaker pourraient etre impliques dans la translocation du cesium ainsi que dans sa recirculation. Le transporteur HAK5, plutot bien caracterise pour son role dans l'absorption racinaire de cesium et de potassium, appartient a la famille de transporteurs nommee KUP/HAK/KT. Les resultats produits pendant cette these mettent en evidence le role in planta du transporteur KUP9, un membre de cette famille des KUP et jusque-la peu etudie. Nous n'observons pas de modifications de l'absorption du potassium chez les mutants invalides sur ce transporteur compares a l'ecotype sauvage: il serait donc possible de le manipuler pour moduler l'absorption de cesium sans que la nutrition potassique ne soit alteree. Ce resultat est particulierement encourageant dans un objectif de gestion des territoires contamines par l'utilisation de plantes capables d'accumuler de grandes quantites de cesium (phytoremediation) ou a l'inverse limitant les transferts a la chaine alimentaire (safe food). (auteur)

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Original title (French)
Etude des transporteurs impliques dans l'absorption racinaire et la translocation aux parties aeriennes du cesium chez Arabidopsis thaliana

Publishing Information

Imprint Pagination
177 p.
Report number
FRCEA-TH--13401

Optional Information

Notes
[270 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses