Rôle du transportome aux interfaces biotrophes des interactions mutualistes plantes-champignons. – TRANSMUT

La compréhension des mécanismes permettant une utilisation efficace de l’azote, du phosphate et du potassium par les plantes mycorhizées et ceux contrôlant l’allocation des composés carbonés est cruciale pour un management raisonnée de la forêt et des cultures. En effet, ces mécanismes conditionnent la croissance des plantes, contrôlant ainsi le rendement des plantes, processus central dans un contexte de production massive de biomasse. Les processus de transport se font aux travers d’interfaces membranaires polarisées et sont extrêmement important pour comprendre le fonctionnement de l’association mycorhizienne. Cette association est basée sur une relation d’échange entre le champignon et la plante-hôte. L’absorption et les échanges de nutriments et/ou de métabolites sont contrôlés par des transporteurs membranaires et leurs profils de régulations jouent un rôle déterminant dans le devenir de l’interaction. C’est au niveau de cette interface de biotrophie bien particulière que le métabolisme nutritionnel du champignon subit une réorientation spécifique. Malgré son rôle central dans le devenir de l’interaction, les éléments majeurs (N, P, K) prélevés par les hyphes extramatricielles sont exportés vers l’apoplasme de l’organe symbiotique au travers de mécanismes encore largement inconnus et impliquant en particulier une différentiation et polarisation de la fonction de transport des membranes fongiques.
Les principaux objectifs du projet seront i) d’établir la carte du transportome de l’interface d’échanges en sélectionnant les transporteurs de N, P, K et C qui sont régulés dans l’interaction entre P. trichocarpa, P. pinaster or M. truncatula et leurs champignons associés, ii) de réaliser une analyse fonctionnelle de ces transporteurs qui sont les déterminants des flux de nutriments entre les deux partenaires des différentes interactions (ecto- et endo-mycorhizienne) et finalement iii) de comprendre le rôle de ces gènes candidats dans le fonctionnement de la symbiose.
Nous proposons d’utiliser des approches complémentaires basée sur i) l’analyse des interfaces de biotrophie en associant bioinformatique, transcriptomique et des analyses à l’échelle cellulaire grâce à la microscopie à dissection-laser récemment développée, ii) la caractérisation fonctionnelle des transporteurs d’intérêt pour préciser leurs fonctions et leurs propriétés, iii) l’utilisation des techniques d’imagerie cellulaire afin de préciser le profil spatio-temporel de l’expression des gènes candidats et des protéines en utilisant des techniques d’analyse in situ et de transformation (constructions promoteurs GFP/GUS ou protéines de fusion) et finalement iv) la transformation génétique des deux organismes partenaires associées aux technologies d’ARN interférence.
Le projet réunira quatre des principales équipes françaises spécialistes des protéines de transport dans un contexte symbiotique. Nous délivrerons, au travers de cet ambitieux projet, des connaissances fondamentales sur les différents mécanismes de transport des éléments N, P, K et C entre légumineuses ou plantes pérennes. Additionnellement, nous attendons une meilleure compréhension des mécanismes spécialisation et polarisation de la membrane plasmique fongique entre le site d’absorption à l’interface sol-champignon et le site de sécrétion vers la plante. Les marqueurs moléculaires fonctionnels ainsi identifiés pourront faciliter les premières étapes de la sélection de cultivars ayant des capacités accrues d’utilisation des éléments majeurs dans un contexte d’interactions symbiotiques (peuplier, pin et medicago). A long terme, ces marqueurs devraient être extrêmement utiles pour le développement de système de production raisonnée. Le développement de peupleraie sans engrais azotés et la sélection de cultivars de luzerne capable de forte croissance dans des conditions d’apport nutritif faible, tireront bénéfices de cette recherche fondamentale.