– LEGUROOT

L'architecture racinaire des plantes est déterminée par leur capacité à adapter la distribution et le nombre de racines latérales aux conditions environnementales du sol. Chez les légumineuses, elle est aussi liée à leur capacité à interagir avec des micro-organismes symbiotiques pour former un autre type d'organe racinaire latéral : les nodosités fixatrices d'azote. L'ensemble de ces réponses adaptatives est crucial pour permettre une adéquation optimale du développement de la plante en réponse aux changements de conditions environnementales, telles que la présence de carences en nutriments ou de stress abiotiques. Certains mutants de légumineuses se sont révélés affectés à la fois dans leur capacité à initier ou à réguler leur nombre de racines latérales et de nodosités. Ces résultats indiquent que les deux processus d'organogenèses sont sous le contrôle de régulations communes. Nous avons ainsi récemment mis en évidence dans notre laboratoire un rôle crucial de la signalisation des cytokinines dans le contrôle de l'architecture racinaire symbiotique et non-symbiotique. Ce projet propose une étude fonctionnelle intégrative du rôle des cytokinines et de leur signalisation dans l'adaptation de l'architecture racinaire des légumineuses à l'environnement du sol, en combinant des approches de génétique, de génomique, de biologie moléculaire et cellulaire. Les objectifs majeurs et innovants consisteront d'une part à décortiquer au niveau cellulaire et moléculaire l'impact de cette voie sur l?adaptation du développement racinaire aux conditions environnementales (carence en azote en conditions symbiotiques et réponse aux stress abiotiques) ; et d'autre part, à identifier de nouveaux éléments de « cross talk » entre cytokinines, signaux symbiotiques et abiotiques. Un outil central dans ce projet sera l'obtention chez la légumineuse modèle Medicago truncatula de mutants affectés dans des gènes de signalisation des cytokinines, notamment au niveau des récepteurs. Leur caractérisation phénotypique grâce à l'utilisation de marqueurs moléculaires variés couplée à différents types de microscopies permettra d'identifier le rôle respectif de ces différentes voies de signalisation dans le développement racinaire non-symbiotique (différentiation des tissus vasculaires, activité méristèmatique, formation des racines latérales) et symbiotiques (infection par Rhizobium, organogénèse des nodosités). En parallèle, nous rechercherons de nouveaux éléments de « cross talk » entre cytokinines et signaux symbiotiques ou abiotiques. Nous avons précédemment mis en évidence que les cytokinines induisent transcriptionnellement l'expression de plusieurs marqueurs de nodulation (résultats non publiés), dont certains sont cruciaux pour les étapes précoces de l'interaction symbiotique. Certains gènes de signalisation des cytokinines sont eux régulés transcriptionnellement dans des racines en conditions symbiotiques ou soumises à un stress salin. De nouveaux régulateurs capables de médier des interactions entre la signalisation des cytokinines et des signaux symbiotiques ou abiotiques seront identifiés par des approches transcriptomiques. Ces éléments de « cross talk » seront caractérisés par des approches de biologie cellulaire (analyse spatiale d'expression par hybridation in situ et fusion de promoteurs) et fonctionnelles (obtention de mutants ou ARNi). Parmi ces candidats, des gènes de réponse primaire aux cytokinines seront recherchés notamment de part la présence dans leurs promoteurs d'éléments reconnus in vitro par le Régulateur de Réponse MtRR1, que nous avons récemment identifiés par une approche de type SELEX (résultats non publiés). Le gène de réponse primaire aux cytokinines MtRR4, qui contient de telles boites dans son promoteur, sera utilisé pour valider fonctionnellement l'importance de cet élément régulateur en tant que marqueur spécifique de la réponse aux cytokinines (« Cytokinin Response Element »). Grâce à la complémentarité entre les participants, ce projet permettra d'appréhender de manière originale l'intégration de la signalisation des cytokinines dans la détermination de l'architecture racinaire en réponse à diverses conditions environnementales (symbiotique et stress abiotique). La comparaison des différences de régulations phytohormonales entre légumineuses et plantes aposymbiotiques telles qu'Arabidopsis pourrait permettre d'identifier des mécanismes spécifiques permettant aux légumineuses de contrôler leur architecture racinaire, un déterminant majeur de la croissance et du rendement de ces plantes de grand impact agronomique et écologique.