Echange des signaux symbiotiques : analyse des mécanismes moléculaires dans les symbioses fixatrices d’azote Nod-indépendantes – SESAM

La fixation symbiotique de l’azote joue un rôle essentiel dans les écosystèmes naturels et l’agriculture durable. Les associations Rhizobium/légumineuses et Frankia/plantes actinorhiziennes représentent les deux symbioses les plus importantes entre les plantes et les microorganismes. On trouve chez la famille des légumineuses des espèces cultivées importantes agronomiquement comme le soja, la luzerne ou le pois. Les plantes actinorhiziennes sont largement répandues. Elles jouent un rôle fondamental au niveau écologique et sont très utilisées pour la réhabilitation et la stabilisation des sols dégradés ou érodés. Elles comprennent 8 familles appartenant à trois ordres du clade des Rosids I (Fagales, Cucurbitales et Rosales). Les plus connues et les plus étudiées sont l’aulne et Casuarina.Une avancée majeure dans nos connaissances des interactions symbiotiques plantes-bactéries résulte de la découverte, au début des années 1990, que les flavonoïdes sécrétées par la plante dans le sol induisent la synthèse de molécules signal chez Rhizobium, les lipo-chitooligosaccharides, appelés facteurs Nod (NFs). Cette découverte est à l’origine de percées scientifiques remarquables dans la connaissance du dialogue moléculaire entre les rhizobia et les légumineuses, incluant le rôle clé des NFs dans le contrôle de la spécificité d’hôte. L’ubiquité des gènes NOD et des NFs chez tous les rhizobia est à la base de l’hypothèse d’un modèle universel de reconnaissance entre les bactéries fixatrices d’azote et leurs plantes hôtes. Cependant, l’universalité de ce paradigme a récemment été reconsidérée suite à la mise en évidence de l’absence de gènes NOD chez Frankia et chez les bradyrhizobia photosynthétiques, indiquant que ces bactéries utilisent des voies alternatives pour établir des symbioses fixatrices d’azote.Pour comprendre la complexité et les propriétés particulières des symbioses fixatrices d’azote Nod-indépendantes, le projet que nous présentons a été initié en 2006 à travers le projet ANR BLANC « NewNod » « Identification de nouveaux déterminants moléculaires impliqués dans les étapes précoces des interactions plantes micro-organismes ». Par rapport aux symbioses dépendant des NFs, les travaux des partenaires 1 et 2 sur la symbiose actinorhizienne ont montré que du côté de la plante, la réponse est partiellement conservée et que du côté bactérien, il y a absence d’éléments communs . De plus, le partenaire 3 a mis en évidence que les cytokinines pourraient jouer un rôle majeur dans le processus symbiotique indépendant des NFs entre le Bradyrhizobium photosynthétique et l’espèce légumineuse Aeschynomene.
Le challenge majeur du projet SESAM consiste à approfondir nos connaissances sur les nouvelles molécules signal bactériennes impliquées dans ces symbioses Nod-indépendantes et à étudier comment ces molécules contrôlent la réponse symbiotique chez les plantes hôtes.
Nos objectifs sont les suivants :
1) Caractériser les signaux bactériens et leurs supports génétiques.
2) Caractériser la voie de transduction Nod-indépendant chez les plantes-hôtes en comparaison avec celles qui sont connues dans les autres endosymbioses.
3) Identifier les gènes symbiotiques précoces spécifiques des symbioses indépendantes des NFs.
4) Intégrer et développer des outils bioinformatiques pour l’analyse des données obtenues et construire une plateforme WEB pour l’analyse et la diffusion large des ressources génomiques relatives aux symbioses Nod-indépendantes.
L’ensemble de ce travail devrait générer une information riche sur les symbioses Nod-indépendantes et pourrait résoudre l’énigmatique dialogue moléculaire entre Frankia, les bradyrhizobia photosynthétiques et leurs plantes-hôtes. Par ailleurs, les résultats obtenus devraient permettre l’identification de nouvelles voies de signalisation contrôlant les interactions entre les plantes et les microorganismes et contribuer ainsi à comprendre l’origine évolutive des symbioses racinaires.