Signalisation par l’AMP cyclique et contrôle de l’infection chez Sinorhizobium meliloti, le symbiote de Medicago – RhizocAMP

- tâche 1 : coordination du projet
- tâche 2 : caractérisation génétique et phénotypique de la cascade de signalisation
- tâche 3 : caractérisation biochimique du signal
- tâche 4 : mécanisme de contrôle de l’infection de la plante par la cascade AMPc (Génétique, biochimie, imagerie)

Nous avons démontré que la bactérie participe au contrôle de son propre niveau d‘infection. Du point de vue mécanistique, cette régulation passe par une signalisation par l’AMPc, rarement décrite dans les interactions plantes-bactéries.

Le projet s'inscrit dans deux perspectives:
- les mécanismes contrôlant négativement nodulation et infection font l'objet de très gros efforts de recherche à l'international
- la signalisation par l''AMPC est originale dans les symbiose mutualistes

1. Tian CF, Garnerone AM, Mathieu-Demazière C, Masson-Boivin C and J. Batut (2012) Proc. Natl. Acad. Sci.USA 109(17):6751-6. 1Communiqué de presse de l’INRA 18.05.2012
2. 10th European Nitrogen Fixation Conference Munich (2-5 sept. 2012): présentation orale (J. Batut)
3. Mathieu-Demazière et al. 10è Rencontres Plantes-Bactéries, Aussois (France), 30 Janvier - 3 Février 2012. Affiche
4. Gastebois A,et al. 10è Rencontres Plantes-Bactéries, Aussois (France), 30 Janvier - 3 Février 2012.“Affiche

Les légumineuses et des bactéries collectivement appelées rhizobia ont évolué une symbiose fixatrice d’azote d’importance écologique majeure et responsable d’un quart de l’azote fixé sur la planète. Les rhizobia induisent sur la racine des plantes-hôtes la formation d’organes spécialisés, appelés nodules, qu’ils colonisent de façon intracellulaire et à l’intérieur desquels ils fixent l’azote atmosphérique au bénéfice de la plante. La première étape de l’infection est la formation, dans les poils racinaires, de cordons d’infection (ITs pour infection thread) qui progressent vers les tissus des nodules et permettent la libération des bactéries dans les cellules végétales.
Un contrôle strict de l’infection est crucial pour le maintien du caractère mutualiste de la symbiose, c'est-à-dire pour éviter la prolifération excessive d’ITs et la sur-infection racinaire. Nos travaux récents sur la symbiose Sinorhizobium meliloti-Medicago sativa ont révélé que, de façon inattendue, le contrôle négatif de la formation des ITs est en partie sous contrôle bactérien. En effet, nous avons identifié chez S. meliloti trois adenylate cyclases (CyaD1, CyaD2 et CyaK) de type récepteur impliquées dans la biosynthèse d’AMP cyclique () et un régulateur transcriptionnel (Csr pour Crp-like symbiotic regulator) liant l’AMPc dont l’inactivation conduit à un phénotype hyper-infectieux sur M. sativa, bien que le nombre et le fonctionnement des nodules formés soient normaux. Des données préliminaires indiquent que ces adénylate cyclases sont activées par un signal de plante, suggérant qu’un dialogue moléculaire entre les deux partenaires symbiotiques participe au contrôle de l’infection.
Le présent projet a pour objectif d’élucider les mécanismes par lesquels la signalisation par l’AMPc contrôle la formation des ITs dans la symbiose S. meliloti/Medicago.
Tout d’abord, la cascade AMPc sera caractérisée d’un point de vue génotypique et phénotypique. L’ensemble des membres de la cascade seront identifiés par une double approche, candidat et transcriptomique; leur rôle dans la signalisation AMPc et l’infection de Medicago sera évalué par la caractérisation ex planta et in planta des mutants correspondants.
Dans un deuxième temps, le signal végétal inducteur des cyclases sera caractérisé biochimiquement en combinant fractionnement des extraits végétaux et un test d’activité biologique (fusion du gène rapporteur lacZ avec un gène cible). Pour évaluer le caractère organe-, espèce ou légumineuse- spécifique du signal, sa distribution dans divers tissus sera étudiée chez différentes légumineuses et non légumineuses. Pour aborder la problématique de la biogénèse du signal, l’impact d’une collection de mutants symbiotiques de S. meliloti et de Medicago truncatula sur la formation du signal sera évalué. Les mécanismes de perception du signal par les adénylate cyclases seront précisés en utilisant E. coli comme système de reconstruction hétérologue.
Enfin, nous tenterons d’élucider les mécanismes par lesquels la cascade AMPc module l’infection de Medicago. La possibilité qu’un ou des gènes cibles de Csr contrôle la formation des ITs sera testée par la caractérisation poussée des cibles de Csr dont l’inactivation confère le phénotype hyper-infectieux (incluant leur localisation cellulaire, leur impact sur la production des Facteurs Nod et des exopolysaccharides). La possibilité que l’AMPc lui-même contrôle l’infection sera étudiée par la mesure de l’AMPc dans différentes conditions ex planta et in planta.