Control of the accumulation of toxic cations in rice by changing carriers, architecture or anatomy root: application to a culture contaminated with Cesium-137 soil | Contrôle de l'accumulation de cations toxiques chez le riz par modification des transporteurs, de l'architecture et de l'anatomie racinaires: application à une culture sur des sols contaminés par le Césium 137

Inglés. The nuclear accident in Fukushima on 11 March 2011 resulted in the release of radionuclides, mainly cesium, which was retained by clay in the first few centimeters of the ground. The objective of the thesis was to obtain ideotypes of rice limiting the entry of 137Cs by the roots, and its translocation to the aerial parts. In order to address this problem, the identification and characterization of the genes involved in the entry of cesium into the plant was a major step. The results obtained in yeasts but also in planta confirmed the involvement of the potassium transporter OsHAK1 as the major carrier. A screening of yeast mutants for the OsHAK1 gene made it possible to generate 2 mutations which lead to a reduction in the permeability of the transporter for Cs +. An in-plant validation using Crispr / Cas9 technology would allow specific insertion of the different mutations during the double-strand break in the OsHAK1 gene by homologous recombination. As cesium is only concentrated in the first few centimeters of the soil, root architecture represents a major stake in terms of cesium absorption. The second aspect of the study was to evaluate the influence of the modification of the root architecture of rice on its ability to capture the radio-element in the superficial soil horizons. For this we used the natural or induced diversity present in Oryza sativa L. In addition to the NIL-DRO1 line, known for its deep rooting, we chose to use an almost isogenic line affected in the gravitropism of the root system. Our results have not been able to confirm statistically that deep rooting limits the acquisition and storage of cesium in the aerial parts, but they have allowed us to improve the characterization of indica and japonica materials through an experimental device designed To mimic an artificial contamination found in Fukushima. 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 agricultural crops.

Francés. L’accident nucléaire ayant eu lieu à Fukushima le 11 mars 2011, a entrainé une libération de radionucléides, principalement du 137césium, retenu par les argiles dans les premiers centimètres du sol. L’objectif de la thèse a consisté à obtenir des idéotypes de riz limitant l’entrée du 137Cs par les racines, et sa translocation vers les parties aériennes. Afin de répondre à cette problématique, l’identification et la caractérisation des gènes impliqués par l’entrée du césium dans la plante a été une étape primordiale. Les résultats obtenus en levures mais également in planta, ont confirmé l’implication du transporteur potassique OsHAK1 comme étant le transporteur majeur. Un criblage de mutants de levures pour le gène OsHAK1 a permis de générer 2 mutations qui entrainent une réduction de la perméabilité du transporteur pour le Cs+. Une validation in planta à l’aide de la technologie Crispr/Cas9 permettrait d’insérer de façon spécifique les différentes mutations lors de la coupure double brin dans le gène OsHAK1, par recombinaison homologue. Le césium étant concentré uniquement dans les premiers centimètres du sol, l’architecture racinaire représente un enjeu majeur en termes d’absorption du césium. Ainsi, le second volet de l’étude consistait à évaluer l’influence de la modification de l’architecture racinaire du riz sur sa capacité à capturer le radio-élément dans les horizons superficiels du sol. Pour cela, nous avons fait appel à la diversité naturelle ou induite présente dans l’espèce Oryza sativa L. En plus de la lignée NIL-DRO1, connue pour son enracinement profond, nous avons fait le choix d’utiliser une lignée quasi isogénique affectée dans le gravitropisme de l’appareil racinaire. Nos résultats n’ont pas permis de confirmer statistiquement qu’un enracinement profond limite l’acquisition et le stockage du césium dans les parties aériennes, elles nous ont toutefois permis d’améliorer la caractérisation des matériels indica et japonica à travers un dispositif expérimental conçu pour mimer une contamination artificielle retrouvée à Fukushima. L’ensemble des résultats obtenus dans le cadre de cette recherche pourraient avoir des applications directes en termes de conduite à adopter en cas de fuite de radioactivité au niveau des centrales nucléaires localisées près de cultures agricoles.