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Mohamed, Sonia
Centre International d'Etudes Superieures en Sciences Agronomiques de Montpellier, Ecole doctorale Gaia - Biodiversite, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau, Unites de recherche Amelioration Genetique et Adaptation des Plantes mediterraneennes et tropicales - Agap, Biochimie et Physiologie Moleculaire des Plantes - B et PMP, Equipe Ticer (France); Centre de Cooperation Internationale en Recherche agronomique pour le Developpement - Cirad, Equipe Dar, Montpellier (France)2017
Centre International d'Etudes Superieures en Sciences Agronomiques de Montpellier, Ecole doctorale Gaia - Biodiversite, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau, Unites de recherche Amelioration Genetique et Adaptation des Plantes mediterraneennes et tropicales - Agap, Biochimie et Physiologie Moleculaire des Plantes - B et PMP, Equipe Ticer (France); Centre de Cooperation Internationale en Recherche agronomique pour le Developpement - Cirad, Equipe Dar, Montpellier (France)2017
AbstractAbstract
[en] The nuclear accident in Fukushima on 11 March 2011 resulted in the release of radionuclides, mainly cesium, in the atmosphere, which contaminated the first few centimeters of soil where they remain retained by clays, notably in paddy fields. The objective of the thesis was to obtain ideotypes of rice (Oryza sativa L.) limiting the entry of 137Cs+ by the roots, and its translocation to the aerial parts. The first part consisted in identifying and characterizing genes involved in the entry of cesium into the plant. The results obtained in planta through reverse genetics showed the major involvement of the potassium transporter OsHAK1 in root Cs+ uptake from low concentrations. A screening in yeast of OsHAK1 mutants, obtained randomly by PCR, made it possible to identify 2 mutations which lead to a reduction in the permeability of the transporter to Cs+. An in-planta validation through a Crispr / Cas9 mediated specific insertion of the different mutations in OsHAK1 gene by homologous recombination has been undertaken. As cesium is only concentrated in the first few centimeters of the paddy field soil, the second part of this work consisted in evaluating the influence of the modification of root architecture on rice ability to capture the radio-element in the top soil. In that aim, we used the natural or induced allelic diversity existing in the Deeper Rooting 1 (DRO1) gene involved in deep rooting in rice. We have compared under controlled conditions a near isogenic line NIL DRO1 and a mutant dro1 line to their respective controls for their ability to accumulate cesium when grown onto a contaminated top paddy field soil. Though our results have so far not been able to statistically demonstrate that deep rooting limits cesium uptake and storage in aerial organs, they allowed the characterization of japonica and indica materials differing only through their root system distribution and the design of an experimental set up mimicking an artificial superficial contamination found in Fukushima paddy fields. All the results obtained in the course of this research could have direct applications in terms of the behavior to be adopted in the event of leakage of radioactivity at the level of nuclear power plants located near crops. (author)
[fr]
L'accident nucleaire ayant eu lieu au Japon a Fukushima le 11 mars 2011, a entraine une dispersion dans l'atmosphere de radionucleides, principalement du 137cesium, qui s'est depose dans les premiers centimetres du sol ou il est retenu par les argiles, notamment dans les rizieres. L'objectif de la these a consiste a obtenir des ideotypes de riz (Oryza sativa L.) limitant l'entree de 137Cs+ par les racines, et sa translocation vers les parties aeriennes. Un premier volet a consiste a identifier et caracteriser les genes impliques dans l'entree du cesium dans la plante. Les resultats obtenus in planta par une approche de genetique inverse, ont montre l'implication majeure du transporteur potassique OsHAK1 dans l'absorption de cesium par les racines a faibles concentrations. Un criblage dans la levure de mutants aleatoires d'OsHAK1 a permis d'identifier 2 mutations ponctuelles qui entrainent une reduction de la permeabilite du transporteur a Cs+. Une validation in planta a l'aide de la technologie Crispr/Cas9 a ete engagee pour inserer de facon specifique et par recombinaison homologue les differentes mutations dans le gene OsHAK1. Le cesium etant concentre uniquement dans les premiers centimetres du sol des rizieres, le second volet de la these a porte sur l'evaluation de l'influence d'une modification de l'architecture racinaire sur sa capacite a capturer le radio-element dans les horizons superficiels du sol. Pour cela, nous avons fait appel a la diversite allelique, naturelle ou induite, existante chez le gene DEEPER ROOTING 1 (DRO1) implique dans la profondeur d'enracinement du riz. Nous avons compare en conditions controlees une lignee quasi isogenique NILDRO1 et une lignee mutante dro1 a leurs temoins respectifs pour leur capacite a accumuler du cesium contaminant l'horizon superficiel d'un sol de riziere. Si nos resultats n'ont pour le moment pas permis de demontrer statistiquement qu'un enracinement profond limite l'acquisition du cesium et son stockage dans les parties aeriennes, ils ont toutefois permis de caracteriser des materiels indica et japonica differant uniquement par la distribution de leur systeme racinaire et d'affiner un dispositif experimental concu pour mimer une contamination artificielle retrouvee dans les rizieres de Fukushima. L'ensemble des resultats obtenus dans le cadre de cette recherche pourraient avoir des applications directes en termes de conduite a adopter en cas de fuite de radioactivite au niveau des centrales nucleaires localisees pres de cultures agricoles. (auteur)Original Title
Controle de l'accumulation de cations toxiques chez le riz par modification des transporteurs et de l'architecture racinaires: application a une culture sur des sols contamines par le Cesium 137
Primary Subject
Source
13 Sep 2017; 406 p; [230 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These Docteur, Specialite: Biologie Integrative des plantes
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ABSORPTION, ALKALI METALS, BETA DECAY RADIOISOTOPES, BETA-MINUS DECAY RADIOISOTOPES, CEREALS, CESIUM ISOTOPES, CHARGED PARTICLES, CULTIVATION TECHNIQUES, ELEMENTS, EUMYCOTA, FUNGI, GENE AMPLIFICATION, GRAMINEAE, INTERMEDIATE MASS NUCLEI, IONS, ISOTOPES, LILIOPSIDA, MAGNOLIOPHYTA, METALS, MICROORGANISMS, MINERALS, MUTATIONS, NUCLEI, NUCLEIC ACIDS, ODD-EVEN NUCLEI, ORGANIC COMPOUNDS, PLANTS, RADIOISOTOPES, SILICATE MINERALS, SORPTION, UPTAKE, YEARS LIVING RADIOISOTOPES
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