Nouvelles approches génétiques pour analyser le contrôle du spectre d’hôte dans la symbiose rhizobium-légumineuses – NODON -NODOFF

Les rhizobium sont des bactéries du sol induisant sur les racines de leur Légumineuse hôte la formation de nodules, au sein desquels elles réduisent l'azote atmosphérique. Du fait de cette symbiose, les plantes de la famille des Légumineuses sont capables de produire d'importantes quantités de protéines sans apport d'engrais azotés, qui représentent plus de 50% des coûts énergétiques de l'agriculture européenne. La compréhension des mécanismes contrôlant la mise en place de cette association symbiotique constitue donc un enjeu important pour le développement d'une agriculture durable.
Les rhizobium produisent des signaux extracellulaires, les facteurs Nod (NFs), qui jouent un rôle central dans le processus de reconnaissance spécifique entre les deux partenaires . Il s'agit d'oligomères de chitine portant à leurs extrémités des substitutions spécifiques dont la nature détermine pour une large part la reconnaissance spécifique de la bactérie par son partenaire végétal. Ainsi les NFs produits par Sinorhizobium meliloti, le symbiote de la légumineuse modèle Medicago truncatula, portent 3 substitutions spécifiques : l'extrémité réductrice est sulfatée en 6-O, et l'extrémité non réductrice est O-acétylée et N-acylée par un acide gras spécifique
L'analyse génétique de la plante a permis d'identifier des protéines de type LysM-RLK, qui apparaissent comme de bons candidats pour le rôle de récepteurs spécifiques des NFs. En effet, ces protéines kinases, dont la partie extracellulaire contient plusieurs domaines LysM, susceptibles d'interagir avec des composés contenant des résidus GlcNAc, sont indispensables à l'établissement de la symbiose. Cependant le rôle exact de ces composés reste à préciser, et certains résultats indiquent que d'autres éléments pourraient être impliqués dans la reconnaissance de ces signaux.
L'objectif de ce projet est d'apporter, par une démarche sans a priori, un nouvel éclairage sur les mécanismes moléculaires, déjà identifiés ou non, qui contrôlent la reconnaissance des NFs et la spécificité d'hôte. Cette démarche est basée sur des approches génétiques originales et l'exploitation des nombreuses ressources génétiques et génomiques qui ont été récemment développées.
Une première tâche va consister à exploiter la variabilité naturelle de M. truncatula pour identifier, par génétique de transmission et génétique d'association, un nouveau gène impliqué dans la reconnaissance de la structure des NFs.
Alors que lignée de référence A17 est toujours capable de former des nodules en présence d'un mutant de S. meliloti produisant des NFs non acétylés, nous avons identifié, parmi les différentes accessions de M. truncatula, une lignée incapable de former des nodules avec cette souche mutante. L'analyse de lignées recombinantes issues d'un croisement entre cette lignée et A17 a permis de localiser un QTL majeur, MtSYM3, dans un intervalle de 350 kb. Le séquençage de BAC couvrant cet intervalle permettra d'identifier des gènes candidats, qui seront validés par complémentation.
En parallèle, le reséquençage en cours de 354 lignées de M. truncatula va permettre, par génétique d'association, de préciser la localisation de MtSYM3, et d'identifier de nouveaux QTL contrôlant la reconnaissance de substitutions spécifiques des NFs.
La seconde tâche est basée sur la génétique directe, et vise à cribler des mutants EMS de M. truncatula A17 pour l'aptitude à noduler en présence de 2 souches mutantes de S. meliloti incapables de noduler la lignée sauvage, car produisant des NFs soit non sulfatés, soit non acétylés et acylés par un acide gras modifié. Après caractérisation génétique et phénotypique des mutants, les gènes pouvant correspondre à de nouveaux éléments impliqués dans la perception des NFS seront isolés par clonage positionnel.Ce projet permettra donc d'identifier de nouveaux acteurs ainsi que de nouveaux allèles dans les gènes déjà connus pour contrôler la reconnaissance des NFs.