Ecologie, diversité et adaptation à la symbiose chez les béta-rhizobiums – BETASYM

Les rhizobiums sont polyphylétiques et distribués parmi les sous-classes alpha et beta des Protéobactéries, et les noms d?alpha-rhizobium et béta-rhizobium ont été proposés pour les distinguer. Les recherches scientifiques se sont focalisées surtout sur les alpha-rhizobiums, les beta-rhizobiums n?ayant été découverts que relativement récemment (Moulin et al. in 2001). La présence de la capacité à former une symbiose fixatrice d?azote avec les légumineuses reste anecdotique dans la sous-classe Béta des Protéobactéries, car après plus de 100 ans d?échantillonnage et 20 ans de caractérisation génétique des rhizobiums, seules quelques espèces de béta-rhizobiums ont été répertoriées et sont quasiment restreintes aux légumineuses du genre Mimosa. Nous disposons de peu d?informations quant à la compétitivité pour la nodulation et l?efficacité symbiotique à fixer l?azote des béta- et alpha-rhizobiums associés aux espèces de Mimosa. Des analyses génomique (Amadou et al., 2008; L. Moulin, non-publié) ont révélé la présence de gènes de nodulation communs aux alpha et béta-rhizobiums. Cependant ces symbiotes partageraient peu d?autres gènes symbiotiques, suggérant l?existence de multiples stratégies d?infection des légumineuses chez les alpha et béta-rhizobiums. La spécificité d?interaction béta-rhizobiums-Mimosa reste donc à expliciter. Des analyses transcriptomiques devraient permettre d?identifier les programmes symbiotiques complets des béta-rhizobiums et aborder leur spécificité pour les Mimosa. Le projet BETASYM propose d?étudier l?origine, l?évolution et la spécificité de la symbiose chez les béta-rhizobiums, en utilisant une double approche combinant l?écologie moléculaire et la génomique fonctionnelle, pour analyser: i) l?apparition et l?évolution de la capacité symbiotique chez les populations de béta-rhizobiums associées aux espèces de Mimosa ii) les différences de performance symbiotique chez les alpha et béta-rhizobiums en interaction avec Mimosa iii) la spécificité d? interaction entre les béta-rhizobiums et les Mimosa, en identifiant les bases génétiques de la symbiose utilisés par les béta-rhizobiums en comparaison avec celles des alpha-rhizobiums (par analyse transcriptomique chez Burkholderia, Cupriavidus, et Rhizobium, les trois types de populations symbiotiques associées avec Mimosa). Notre plante modèle est Mimosa pudica, la seule légumineuse décrite jusqu?à présent en symbiose avec les rhizobiums des deux sous-classes de Protéobactéries, permettant la comparaison des alpha et béta-rhizobiums sur i) la diversité de leurs populations cohabitant avec Mimosa pudica, ii) leur spécificité et compétitivité pour la symbiose avec M. pudica, et iii) leurs programmes génétiques et stratégies d?adaptation à la symbiose. Le programme scientifique de ce projet est divisé en deux tâches correspondant aux deux approches formulées précédemment, i) Tâche 1, une approche populationnelle, pour décrire la diversité taxonomique et génétique des populations de alpha- et béta-rhizobiums symbiotiques de Mimosa pudica, pour analyser les relations évolutives de leur gènes symbiotiques, établir leur efficacité et compétitivité à la symbiose et ii) Tâche 2, une approche de génomique fonctionnelle ayant pour but d?identifier les bases moléculaires impliquées dans la spécificité de la symbiose béta-rhizobium-Mimosa pudica, incluant une comparaison des profils d?expression génomique des alpha et béta-rhizobiums au cours de la symbiose (utilisation des génomes séquencés de Burkholderia phymatum, Cupriavidus taiwanensis, et Rhizobium sp., tous symbiotes naturels de Mimosa pudica) Ce projet devrait augmenter significativement notre connaissance sur l?apparition et l?évolution de la symbiose dans la sous-classe béta des Protéobactéries. La compréhension des mécanismes évolutifs d?apparition et de maintien de la symbiose est d?une grande importance pour la conservation des ressources génétiques des rhizobiums et leur sélection dans des buts écologiques ou agronomiques. Les genres Burkholderia et Cupriavidus possèdent aussi des espèces connues pour être pathogènes de l?homme ou des plantes, et la description des mécanismes d?infection chez des espèces symbiotiques de ces genres devraient nous permettre d?identifier si elles utilisent des stratégies partagées avec les espèces pathogènes (comme Burkholderia mallei ou B. cepacia), avec des conséquences directes en terme de question sanitaire si ces souches devait être utilisé pour l?inoculation contrôlée.