This research sought to elucidate the molecular mechanism by which a recently described family of ion transport proteins, the cation diffusion facilitators (CDFs), transfer ions across biomembranes. Using the Escherichia coli homologs ZitB, and FieF, as well as CzcD from Cupriavidus metallidurans CH34 as models, the amino acids essential to CDF function were identified, and the transport behavior of ZitB and its homolog FieF, were described.Site-directed ZitB mutants were used to determine the necessity of individual amino acids. The mutation of several well-conserved acidic residues resulted in the loss of a ZitB-mediated zinc-resistant phenotype in the zinc-sensitive E. coli strain GG48. ZitB also complemented the potassium uptake deficient strain TK2420, suggesting that ZitB works as an antiporter, possibly allowing potassium into the cell while effluxing zinc.This result was further investigated in experiments using everted membrane vesicles(EMVs). Vesicles bearing ZitB accumulated 65Zn(II) in a NADH-dependent manner, with an apparent KM of 1 micromolar. This accumulation was inhibitable by the protonophore FCCP, suggesting CDF dependence upon the proton motive force. Similar results were obtained using both EMVs and proteoliposomes containing the CDF homologs CzcD, from C. metallidurans CH34, and FieF from E. coli. Despite facilitating 65Zn(II) uptakeinto EMVs, fieF transcription was zinc and iron-dependent, but independent of the ironuptake regulator Fur. FieF expression in trans complemented the iron-sensitive phenotypeof a strain lacking fur, causing it to accumulate less 55Fe than wild type. Reconstituted proteoliposomes containing FieF also accumulated less 55Fe than those without.This research confirms that CDF proteins likely depend on the cell's proton gradient, effluxing substrate in a metal:proton antiport arrangement. Substrate acquisition and throughput is facilitated by a set of acidic amino acids and histidines. The relatively lowapparent KM of ZitB suggests a homeostatic role for the protein; however, the iron-inducibilityof fieF hints at a role in iron detoxification, so the cellular functions of the CDF family may be quite diverse, even within the bacteria.

Les différentes études entreprises ont porté sur la détermination du potentiel accumulateur du peuplier à une fin d’utilisation en phytoremédiation. Chez les végétaux, les éléments traces comme le Zn, Fe, Cu, Co, Mn, Mo et Ni sont nécessaires aux processus biologiques mais leur accumulation excessive peut être toxique. D’autres éléments non essentiels comme le Cd et le Pb peuvent également être absorbés par les végétaux, et donc constituer un danger potentiel puisqu’ils entrent ainsi dans la chaîne alimentaire. La phytoremédiation est l’utilisation de plantes et de leurs microbes associés pour la dépollution de l’environnement. Dans le cadre de cette étude, il a été démontré que le peuplier (Populus spp.) pouvait accumuler de relativement fortes concentrations de certains métaux (Cd, Zn et Ni) par rapport à d’autres espèces ligneuses, par exemple 30-50 µg de Cd /g de matière sèche foliaire, soit 20 fois plus que les autres espèces. Après avoir mis en évidence le potentiel accumulateur du peuplier, nous avons testé différents cultivars en culture hydroponique et avons ainsi mis en évidence des potentiels accumulateurs variés entre cultivars. Nous avons montré que les hybrides de P. trichocarpa accumulaient davantage que les autres hybrides. Parallèlement à cette étude, nous avons implanté ces mêmes cultivars sur deux sites pollués dans le cadre du projet ANR PHYTOPOP. Combiné à la production d’une forte biomasse qui peut être utilisée pour produire de l’énergie, ce caractère accumulateur fait du peuplier un bon candidat pour la phytoremédiation. Les membres de la famille des CDF (Cation Diffusion Facilitator) sont impliqués dans le transport des métaux. Après une étude phylogénétique des membres de cette famille (démonstration d’un nombre supérieur de CDF chez le peuplier par rapport aux autres espèces), leur expression dans différents tissus et dans différentes conditions physiologiques (sur sol témoin et sur sol pollué) a été étudiée. De plus, la caractérisation fonctionnelle a permis de mettre en évidence un transporteur de Zn (PtMTP2) et un transporteur de Mn (PtMTP9). Une tentative de localisation de ces transporteurs a également été entreprise. Dans le but de localiser les métaux dans les tissus de la plante, nous avons effectué des analyses en spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) sur des feuilles de peupliers soumis à un stress métallique. Cette dernière technique a permis de montrer que le Zn était essentiellement concentré au niveau du mésophylle. / The present study beared on the capacity of poplar to be used in phytoremediation programmes. In plants, trace elements such as Zn, Fe, Cu, Co, Mn, Mo and Ni are necessary to biological processes but they also can be toxic when present at high concentrations. Other non essential elements, such as Cd and Pb also can be taken up by plants and therefore constitute a potential risk for health via accumulation into the food chain. Phytoremediation is the use of plants and associated microorganisms to clean up the environment. First, we have shown that poplar (Populus) species could relatively accumulate high concentrations of metals (Cd, Zn and Ni) compared to other woody plants. For instance, poplar is able to accumulate 30 times more Cd than other woody species. Second we have measured in hydroponic cultures, the potential of metal accumulation by different poplar cultivars. We found that P. trichocarpa hybrids accumulated more metals than the other hybrids. As part of the PHYTOPOP programme, we have also grown the same cultivars on two different polluted sites. Finally, by secondary ion mass spectrometry, we were able to localize Zn in poplar leaf mesophyll. The high biomass, which can also be used for energetic processes, and the heavy metals accumulation properties of poplar lead to the conclusion that poplar can constitute a good candidate for phytoremediation. The CDF (Cation Diffusion Facilitator) members are proteins involved in the transport of heavy metals. Phylogenetic analyses of the CDF family have shown that poplar contains a higher number of CDF members compared with other species. Expression levels of CDF members were studied in different tissues and in different physiological conditions. Moreover, heterologous expression in yeast has shown that PtMTP2 and PtMTP9 transport Zn and Mn respectively. Localization experiments in planta were also realized.

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