Signalisation symbiotique : mécanismes d’ activation et spécificité dans la transduction des signaux Myc et Nod – SYMNALING

Le projet utilise une combinaison d’approches moléculaire, génétique, biochimique, cytologique et protéomique pour atteindre les objectifs fixés.

Chez Medicago truncatula les récepteurs symbiotiques connus sont NFP, LYK3 et DMI2. Ce projet a identifié que DMI2 et LYK3 interagissent et phosphorylent la E3 ubiquitine ligase, PUB1, qui régule négativement la mycorhization et la nodulation. Un nouveau récepteur, LYR3, a été identifié. Il lie les LCOs et interagit avec LYK3, un récepteur important pour les deux symbioses. Ce travail suggère de remarquables similitudes dans la régulation des récepteurs impliqués dans les deux symbioses, suggérant ainsi que la spécificité pourrait être obtenue grâce à des fonctions supplémentaires à la signalisation par les LCOs.

Les symbioses racinaires des plantes sont largement reconnues pour leur contribution à la nutrition des plantes et pour leur potentiel en agriculture durable. La capacité des Rhizobiacées à fixer l’azote permet aux plantes hôtes de bénéficier d’une quantité illimitée en azote fixé à partir de l’air et l’intense développement du mycélium des champignons mycorhiziens à arbuscules permet aux plantes de bénéficier d’une absorption améliorée en phosphore, eau, azote et autres nutriments. La signalisation chimique via les LCOs (facteurs Nod et Myc) joue un rôle important dans le développement de ces symbioses et, en effet les composés LCO sont utilisés en agriculture pour accroître la croissance des cultures. La connaissance des mécanismes par lesquels les Nod et Myc LCO activent les réponses symbiotiques est importante afin d’étayer à la fois l’utilisation des LCOs et de développer les approches basées sur les symbioses en vue d’une agriculture durable.

Fliegmann J, Canova S, Lachaud C, Uhlenbroich S, Gasciolli V, Pichereaux C, Rossignol M, Rosenberg C, Cumener M, Pitorre D, Lefebvre B, Gough C, Samain E, Fort S, Driguez H, Vauzeilles B, Beau JM, Nurisso A, Imberty A, Cullimore J, Bono JJ (2013). Lipo-chitooligosaccharidic symbiotic signals are recognized by LysM receptor-like kinase LYR3 in the legume Medicago truncatula. ACS Chem Biol. 8: 1900-1906.

Fliegmann J, Bono JJ (2015). Lipo-chitooligosaccharide nodulation factors and their perception by plant receptors. Glycobiology J. 32: 455-464.

Vernié T, Camut S, Camps C, Rembliere C, de Carvalho-Niebel F, Mbengue M, Timmers T, Gasciolli V, Thompson R, Le Signor C, Lefebvre B, Cullimore J, Hervé C (2016). PUB1 interacts with the receptor kinase DMI2 and negatively regulates rhizobial and arbuscular mycorrhizal symbioses through its ubiquitination activity in Medicago truncatula. Plant Physiol., 170: 2312-2324.

Malkov N, Fliegmann J, Rosenberg C, Gasciolli V, Timmers ACJ, Nurisso A, Cullimore J, Bono JJ (2016). Molecular basis of lipo-chitooligosaccharide recognition by the lysin motif receptor-like kinase LYR3 in legumes. Biochem J., 473: 1369-1378.

Fliegmann J, Jauneau A, Pichereaux C, Rosenberg C, Gasciolli V, Timmers ACJ, Burlet-Schiltz O, Cullimore J, Bono JJ (2016). LYR3, a high-affinity LCO-binding protein of Medicago truncatula, interacts with LYK3, a key symbiotic receptor. FEBS Letts, 590: 1477-1487.

Les endosymbioses racinaires d’intérêt agronomique avec les champignons endomycorhiziens à arbuscules (AM) et entre les rhizobia et les légumineuse (RL) ont une parenté évolutive et s’établissent après un échange de molécules signal entre les plantes et leurs symbiontes microbiens. Les lipochitooligosaccharides (LCOs) sont les signaux clés produits par les Rhizobia (les facteurs Nod) qui stimulent la voie symbiotique commune (la CSP), nécessaire à la mise en place des deux symbioses (nodulation et mycorrhization). Récemment, il a été montré qu’un AM produit des signaux de nature similaire (les Myc-LCOs) qui stimulent les réponses symbiotiques. Comment les Nod et Myc LCOs conduisent à l'activation de la CSP et des voies spécifiques de nodulation et de mycorrhization est inconnu. Nous proposons de répondre à cette question en utilisant la légumineuse modèle, Medicago truncatula, pour laquelle la connaissance de la signalisation Nod et Myc est de loin la plus avancée. Chez M. truncatula, trois récepteurs like kinase situés sur la membrane plasmique (les RLKs symbiotiques) jouent des rôles clés dans la signalisation Nod et Myc : DMI2 fait partie de la CSP tandis que NFP et LYK3 jouent des rôles spécifiques dans nodulation. Récemment nous avons identifié plusieurs protéines interagissant avec ces RLKs. Le projet utilisera des approches intégrées de biologie moléculaire, de génétique, de biochimie, de cytologie et de proteomique pour examiner les complexes de récepteur et les modifications de post-traductionnelles impliqués dans la signalisation Nod et Myc et le rôle des intéracteurs des RLKs dans le contrôle de la nodulation et la mycorrhization. De cette façon nous déterminerons les mécanismes moléculaires qui mènent à la transduction spécifique et commune des signaux Nod et Myc LCO. Comme les LCOs sont utilisés en agriculture pour améliorer la croissance des légumineuses et des non-légumineuses, ce travail fournira de nouvelles informations sur comment ces molécules élicitent leurs effets de stimulateur de croissance, et si les Nod et Myc LCOs peuvent être utilisé pour activer des voies différentes.