L'uranium est naturellement présent dans l'environnement où il est redistribué par les activités minières, militaires et agricoles. Ce radionucléide, chimiotoxique pour tous les organismes vivants, peut s’accumuler localement à des teneurs qui présentent des risques potentiels pour les agrosystèmes et la santé humaine. En effet, même s’il n'est pas essentiel pour les plantes, l’uranium est absorbé à partir du sol, incorporé dans la biomasse et entre ainsi dans la chaîne alimentaire. La compréhension des mécanismes physiologiques, biochimiques et moléculaires qui contrôlent la réponse et l’adaptation des plantes à un stress induit par l’uranium est un prérequis à l’amélioration de la sécurité des aliments et à la sélection d’espèces adaptées à la phytoremédiation.

Les chercheurs de l’équipe Plantes, Stress et Métaux du laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale ont montré que le développement et l’architecture des racines d’Arabidopsis thaliana sont fortement modulés en réponse à l’uranium, ceci de façon dose dépendante. À une concentration sub-toxique, l’uranium provoque une stimulation de la croissance de la racine primaire (phénomène d’hormèse). À plus forte dose, le radionucléide conduit à un arrêt complet de l’élongation de la racine primaire et à une augmentation du nombre de racines secondaires. Ces effets sont liés à une modulation de l’activité mitotique au niveau de l’apex racinaire, stimulation ou blocage suivant la dose, et à la synthèse d’espèces réactives de l’oxygène et d’oxyde nitrique, dont l’accumulation provoque la mort cellulaire aux doses toxiques d’uranium. Ces changements sont associés à une perturbation du transport et de la distribution d’une hormone, l’auxine, dans les racines. Ces événements sont corrélés à l’accumulation de polymères de défense, la callose puis la lignine, impliqués dans l’imperméabilisation des parois cellulaires. La synthèse de ces composés permet probablement de limiter la diffusion de l’élément toxique dans la racine. Par ailleurs, cette étude montre que le stress uranium induit une carence en phosphate et une redistribution du fer dans les tissus racinaires. Ces résultats indiquent que la signalisation du stress uranium est liée en partie à la cascade de signalisation d’une carence en phosphate dans l’apex racinaire. D’autres mécanismes responsables de la toxicité de l’uranium sont vraisemblablement liés à des perturbations de l’homéostasie du fer (compétition entre l’uranium et le fer pour la fixation sur des ligands communs) et à des effets directs du radionucléide sur des cibles cellulaires qui restent actuellement non identifiées.


1 - Effets de l’uranium sur l’architecture racinaire d’Arabidopsis.
Architecture des racines d’A. thaliana après 9 jours de culture dans un milieu contrôle (LP pour low phosphate) contenant 20 ou 30 µM de nitrate d’uranyle (U20 ou U30).
2 - Modulation de l’activité mitotique de l’apex racinaire par l’uranium.
Une lignée d’Arabidopsis exprimant le gène rapporteur de la ß-glucuronidase fusionné au gène Cycline B1 (CYCB1::GUS) permet d’estimer l’activité mitotique de l’apex racinaire au cours d’un stress uranium (coloration bleue après 1 à 3 jours d’exposition).