Mécanismes d'accommodation endosymbiotique chez les végétaux: Dynamique intracellulaire et signalisation calcique – SYMDYNAMICS

Les plantes établissent avec certains microorganismes du sol, tels que les champignons mycorrhiziens à arbuscules (AM) et les rhizobactéries fixatrices d'azote, des associations endosymbiotiques racinaires qui, par leur contribution à la nutrition minérale de l'hôte, sont d'une importance économique et écologique majeure. La plupart des plantes supérieures sont capables de s'associer aux champignons AM qui sont des biotrophes obligatoires, tandis que la symbiose rhizobienne se limite aux légumineuses. Pour ces deux types d'interactions, les microorganismes respectifs pénètrent dans les tissus racinaires internes, où ils développent des structures appelées arbuscules (champignons AM), ou initient le développement d'organes racinaires permettant la fixation d'azote appelés nodosités (rhizobactéries). Dans les deux cas, la pénétration initiale du microsymbionte dans la racine est intracellulaire et implique la formation par l'hôte d'une interface membranaire et pariétale qui sépare physiquement le microbe du cytoplasme de l'hôte. Bien que des études génétiques chez les légumineuses suggèrent l'existence de similitudes dans les voies de signalisation contrôlant l'entrée des endosymbiontes dans la racine, les mécanismes cellulaires nécessaires à ces processus sont mal connus. Récemment, des expériences menées au laboratoire Toulousain chez la légumineuse modèle Medicago truncatula ont permis la première description détaillée de la dynamique intracellulaire in vivo associée aux phases initiales de l'infection AM (Genre et al. 2005, Plant Cell, 17, 3489-99). Ces résultats ont montré que, avant la pénétration de l'hyphe, la plante hôte assemble une nouvelle structure cytoplasmique définissant le chemin trans-cellulaire suivi par l'hyphe fongique au travers d'un compartiment apoplastique. Cette découverte pose la question de l'implication d'un mécanisme cellulaire analogue lors de l'établissement dans le poil absorbant de l'invagination appelé cordon d'infection à l'intérieur de laquelle les rhizobactéries traversent l'épiderme et le cortex externe racinaire. Ce projet a pour but de déterminer la dynamique intracellulaire in vivo associée à la formation et au développement du cordon d'infection rhizobien dans les racines de M. truncatula, et de comparer ces résultats à ceux obtenus dans le cas de l'infection AM. Des 'étiquettes' fluorescentes marquant divers composants cytosoliques seront utilisées pour suivre les réponses cellulaires précédant et accompagnant l'infection de poils absorbants par les rhizobactéries, en microscopie confocale. Des marqueurs ciblant le plasmalemme et la paroi seront aussi développés afin de corréler les ré-arrangements intracellulaires avec la formation des espaces apoplastiques correspondants. Nous proposons également l'utilisation d'approches cellulaires similaires pour étudier les mécanismes d'infection rhizobienne et AM à travers le cortex externe Du fait du rôle essentiel joué par la signalisation calcique intracellulaire dans les réponses précoces induites par les rhizobactéries dans les poils absorbants, la participation du calcium comme second messager aux étapes précédant et accompagnant l'infection rhizobienne ainsi qu'à toutes les étapes de l'infection AM de l'épiderme sera évaluée. Pour cela, nous utiliserons des rapporteurs-Ca2+ fluorescents caméléon afin de corréler les changements in vivo de la concentration cytosolique en calcium avec la dynamique intracellulaire. Enfin, les ressources génétiques conséquentes disponibles chez la légumineuse modèle M. truncatula (en particulier les mutants supernodulants ou défectueux pour l'infection) seront exploitées pour faciliter nos études du développement du cordon d'infection ainsi que pour corréler la fonction de gènes de l'hôte au remodelage cellulaire associé aux différentes phases de l'infection. L'utilisation intégrée d'outils moléculaires et génétiques appliquée au niveau cellulaire devrait apporter de nouveaux éléments concernant les mécan