Mécanismes contrôlant la transition entre fixation d'azote et sénescence dans les nodosités symbiotiques de légumineuses – STAYPINK

L’azote est un élément limitant pour la croissance des plantes, ce qui explique l’usage agricole massif d’engrais azotés. Cependant, ces engrais présentent un certain nombre d’inconvénients, dont un coût élevé en énergie fossile pour leur fabrication et leur utilisation, et une forte pollution des ressources aquatiques (nitrates) et de l’atmosphère (gaz à effets de serre). Le développement de pratiques agriculturales durables plus respectueuses de l’environnement requiert donc de trouver des alternatives aux engrais azotés.
A la différence des autres plantes, les légumineuses peuvent se développer sans apport d’azote. En effet, ces plantes sont capables d’entrer en interaction symbiotique avec des bactéries du sol appelées rhizobia, qui possèdent la capacité de réduire l’azote atmosphérique en ammoniac au bénéfice de leur hôte. Grâce à cette propriété unique, les plantes légumineuses peuvent augmenter le contenu en azote du sol, ce qui peut bénéficier à d’autres plantes, cultivées en association ou en alternance (rotation).
La fixation biologique de l’azote a lieu dans des organes racinaires spécifiques appelés nodosités. Comme tous les organes végétaux, les nodosités ont une durée de vie limitée, et finissent par entrer en sénescence, caractérisée par la mort coordonnée des bactéries et des cellules végétales. Ce processus de sénescence peut résulter du vieillissement naturel de la nodosité (sénescence développementale) ou être déclenchée par des conditions environnementales défavorables (sénescence induite). Dans tous les cas la sénescence résulte en un déclin de la fixation d’azote, caractérisé par un changement de couleur des nodosités, du rose au vert (dû à la dégradation de la leghémoglobine végétale, un marqueur de fixation d’azote active). Empêcher ou retarder la sénescence des nodosités (i.e. leur permettre de rester roses –stay pink) est donc une stratégie prometteuse pour prolonger la fixation d’azote et ainsi augmenter les rendements des cultures. Cependant, bien qu’une quantité impressionnante de connaissances sur les étapes précoces de la symbiose rhizobium-légumineuse ait été accumulée ces dernières décennies, les étapes les plus tardives, dont la sénescence des nodosités, restent mal comprises. L’objectif principal de ce projet est de décrire les mécanismes moléculaires agissant dans les nodosités symbiotiques, à la fois dans les bactéries et dans les cellules végétales, pour réguler la transition entre fixation d’azote active et démarrage de la sénescence (développementale ou induite).
Le projet utilisera une approche intégrative menée en parallèle chez les deux symbiontes, grâce à la structuration spécifique du consortium, impliquant une collaboration étroite entre biologistes végétaux et microbiologistes. Dans une première partie, une approche sans a priori basée sur une combinaison d’approches transcriptomiques et génétiques permettra d’identifier des gènes bactériens et végétaux liés à la sénescence des nodosités (développementale ou induite). Dans une deuxième partie, plusieurs acteurs/voies déjà identifiés ou simplement prédits comme étant impliqués dans le processus de sénescence des nodosités, seront caractérisés en détail : voies hormonales, cystéine protéinases, oxyde nitrique et systèmes toxines/antitoxines bactériens. Les connections entre ces différents acteurs/voies, ainsi qu’avec les gènes identifiés au cours de la première partie, seront également recherchées. La plupart des études seront réalisées sur la symbiose modèle entre Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti, mais l’objectif ultime est de fournir des cibles utilisables pour retarder la sénescence des nodosités de légumineuses d’intérêt agronomique. Ainsi, certaines des stratégies déjà connues pour retarder la sénescence des nodosités dans la symbiose modèle seront transférées à une légumineuse cultivée, le pois, et son partenaire symbiotique Rhizobium leguminosarum.