L’uranium est un radionucléide naturellement présent dans l’environnement. Les activités anthropiques liées à son exploitation sont sources de pollution de l’environnement. L’exposition à ce métal toxique est dangereuse pour la santé car son accumulation dans les eaux et les sols entraine une contamination de la chaine alimentaire, potentiellement dangereuse pour la population. Il est donc nécessaire de dépolluer ces environnements et, pour ce faire, la décontamination des zones contaminées peut être réalisée à l’aide de plantes. En effet, la phytoremédiation se base sur la capacité d’absorption des polluants, dont les métaux, par les plantes. Ainsi, afin d’utiliser les plantes en phytoremédiation et d’optimiser la technique, il est essentiel de comprendre les procédés moléculaires mis en jeu dans l’accumulation de l’uranium. Le stress uranium perturbe la plante à différents niveaux : la croissance de la plante est inhibée, l’homéostasie des éléments essentiels est modifiée, un stress oxydatif est engendré, mais les protéines intracellulaires liant l’uranium ou les protéines responsables de son transport dans la plante sont inconnues. Dans un premier volet de ma thèse, nous avons mis au point une approche de métalloprotéomique visant à identifier des protéines fixant l’uranium dans des cellules d’Arabidopsis thaliana. Cette approche se base sur le fractionnement chromatographique du protéome et la quantification des métaux associés aux différentes fractions protéiques. Ce travail a conduit à l’identification de plusieurs fractions protéiques capables de fixer l’uranium, faisant la démonstration de l’existence d’uranium-binding proteins chez Arabidopsis. La poursuite de ce travail a permis la caractérisation biochimique et structurale de deux protéines liant l’uranium. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l’accumulation d’uranium dans les racines d’A. thaliana, et particulièrement aux mécanismes d’import du radionucléide. Nous avons étudié l’accumulation d’uranium dans les racines à l’aide d’une approche physiologique basée sur l’induction de transporteurs d’éléments essentiels lors d’une carence nutritionnelle. Cette étude nous a permis d’identifier les canaux calciques comme étant la voie d’absorption principale de l’uranium dans les racines. Nous avons par la suite montré que les trois canaux calciques MCA1, MCA2 et ANN1 participent à l’absorption de l’uranium dans les racines. Enfin, dans une troisième partie, nous avons réalisé une étude d’association pangénomique (GWAS) sur l’accumulation d’uranium dans les racines et les feuilles d’A. thaliana. L’analyse de ces traits dans 142 écotypes nous a permis de montrer que l’accumulation d’uranium dans les racines n’est probablement pas déterminée par un unique gène à l’influence forte, mais sûrement par plusieurs gènes et/ou des facteurs environnementaux. Nous avons par ailleurs identifié 34 gènes susceptibles d’être impliqués dans la translocation du métal des racines vers les feuilles et/ou dans son accumulation foliaire. La caractérisation ultérieure de ces gènes devrait apporter des connaissances originales sur ces processus encore très mal connus.