Récepteurs et contrôle de l’état redox à l'interface symbiose et immunité – DUALITY

Le projet exploite les outils innovants récemment générés par les partenaires : les sondes biologiques fluorescentes pour l’étude spatio-temporelle in vivo de l’état redox ; les ressources génétiques et génomiques chez Aeschynomene evenia ; de nouveaux mutants affectés dans les récepteurs et la signalisation redox chez Medicago truncatula ; des interacteurs de MtNFP nouvellement identifiés.

WP1. Déterminer le rôle de l'état redox cellulaire de la plante dans différentes conditions biotiques, ainsi que dans la nodulation NF-(in)dépendante

Le Nitrate Reductase (NR), la première enzyme de la voie de réduction de l'azote chez les plantes, est la source de NO la mieux caractérisée chez les plantes. Fait intéressant, le double mutant Mtnr1/2 semble être affecté dans la capacité de nodulation. Nous cherchons maintenant à déterminer si ce phénotype est corrélé à une perte de production de NO (P1).

WP2. Définir comment certains LysM-RLK de Medicago truncatula contrôlent la signalisation redox pour la symbiose et/ou l'immunité

De nouveaux mutants Mtnfp ont été identifiés qui ont de nouveaux phénotypes en réponse à la fois à Aphanomyces euteiches et aux rhizobiums, fournissant un excellent outil pour mieux comprendre comment MtNFP peut jouer un double rôle dans le contrôle à la fois de la symbiose et de l'immunité (P1 et P2).

WP3. Déterminer les liens entre la nodulation indépendante des facteurs Nod (NF), les variations de LysM-RLK et l'équilibre redox chez Aeschynomene evenia

Les protéines LYR3 d'A. evenia et d'A. patula, 2 espèces qui diffèrent par leur dépendance ou non aux NF, se sont révélées avoir des capacités de liaison aux LCO contrastées, conformément aux prédictions basées sur la séquence (Bouchida et al., 2022) (P1 et P4 ).

WP4. Identification des voies de signalisation en aval dépendantes du MtNFP et des interacteurs du MtNFP pour la symbiose et/ou l'immunité

Un LysM-RLK chimère nouvellement développé chez Medicago truncatula spp. tricycla R108, interagit avec MtNFP et étend ses capacités de partenariat symbiotique avec d’autres Rhizobia (Luu et al. 2022) (P1 et P2).

L’originalité du projet DUALITY repose sur l’étude de récepteurs LysM-RLKs et de l’état redox qui, tous deux, jouent un double rôle dans la symbiose et l’immunité. DUALITY rassemble les expertises complémentaires avec 4 partenaires reconnus pour leurs travaux dans les domaines des LysM-RLKs et des symbioses chez Medicago truncatula (P1), la signalisation redox (P2), l’immunité végétale (P3), la symbiose NF-indépendante chez Aeschynomene evenia (P4).
Ce travail contribuera fortement à la compréhension des mécanismes par lesquels les LysM-RLKs modulent la balance redox pour orienter la réponse aux signaux perçus vers l’établissement de la symbiose ou la défense aux pathogènes. Cela sera de nature à offrir de nouvelles pistes pour une agriculture durable en jouant simultanément sur l’efficacité des symbioses et la résistance aux pathogènes.

1. Bouchiba Y, Esque J, Cottret L, Maréchaux M, Gaston M, Gasciolli V, Keller K, Nouwen N, Gully D, Arrighi J-F, Gough C, Lefebvre B, Barbe S, Bono J-J. (2022) (P1 and P4)
An integrated approach reveals how lipo-chitooligosaccharides interact with the lysin motif receptor-like kinase MtLYR3. Protein Science; 31:e4327. doi.org/10.1002/pro.4327
2. Luu T-H, Ourth A, Pouzet C, Pauly N, Cullimore J (2022) (P1 and P2)
A newly-evolved chimeric lysin-motif receptor-like kinase in Medicago truncatula spp. tricycla extends its Rhizobia symbiotic partnership. New Phytologist doi: 10.1111/nph. 18270

Les symbioses rhizobienne et endomycorhizienne représentent les principales interactions bénéfiques avec les microorganismes du sol permettant aux plantes d’améliorer leur nutrition minérale. Leur établissement repose sur la reconnaissance de signaux de nature chitinique, dénommés Myc-LCOs ou facteurs Nod (NFs), lorsqu’ils sont produits par les champignons endomycorhiziens ou les rhizobia respectivement. Les membres de la famille des récepteurs kinase à domaine LysM (LysM-RLKs) contrôlent la perception de ces signaux symbiotiques ainsi que celle de composés chitiniques associés aux pathogènes. La reconnaissance spécifique de ces différents signaux permet de discriminer les symbiotes des pathogènes. Chez la légumineuse modèle Medicago truncatula, nous avons identifié quatre LysM-RLKs importants pour les symbioses et l’immunité : MtNFP, MtLYK3, MtLYR3 et MtLYK9. Chez Aeschynomene evenia, une exception parmi les légumineuses car sa nodulation est indépendante des NFs, la présence de ces quatre LyM-RLKs questionne leurs rôles dans ce contexte.
Suite à la perception des signaux symbiotiques ou pathogènes, une des réponses les plus précoces est une régulation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de l’azote, telles que le peroxyde d’hydrogène et le monoxyde d’azote (NO). Chez M. truncatula, nous avons montré que les signaux symbiotiques induisent la production rapide de ROS et bloquent celle induite par les éliciteurs de nature pathogène: deux réponses dépendant de MtNFP qui illustrent ses relations étroites avec la régulation des ROS dans le diptyque symbiose/immunité. Nous avons également montré que ROS et NO exercent un effet bénéfique sur les symbioses rhizobienne et endomycorhizienne et que, chez A. evenia, la production de ROS et une destruction des cellules sont associées aux premières étapes de la symbiose NF-indépendante. Nous émettons l’hypothèse que (i) la dynamique spatio-temporelle de la production de ROS et de NO, via les récepteurs LysM-RLKs, joue un rôle critique dans les mécanismes qui permettent chez M. truncatula de distinguer les signaux symbiotiques et pathogènes, (ii) Le rôle des LysM-RLKs et des espèces réactives (ROS, NO) dans l’établissement de la symbiose NF-indépendante pourrait être différent chez A. evenia comparativement à M. truncatula.
L’originalité du projet DUALITY repose sur l’étude de récepteurs LysM-RLKs et de l’état redox qui, tous deux, jouent un double rôle dans la symbiose et l’immunité. Nos objectifs seront de déterminer (1) le rôle de l’état redox cellulaire dans différentes conditions biotiques et lors de la nodulation NF-dépendante et NF-indépendante ; (2) le rôle clé de certains LysM-RLKs dans la régulation de l’état redox ; (3) les caractéristiques de LysM-RLKs en lien avec la modulation de l’état redox lors de nodulation NF-indépendante ; (4) comment MtNFP contrôle des interactions aussi contrastées que la symbiose et l’immunité. Pour atteindre ces objectifs, DUALITY rassemble 4 partenaires reconnus pour leurs travaux dans les domaines des LysM-RLKs et des symbioses chez M. truncatula (P1), la signalisation redox (P2), l’immunité végétale (P3), la symbiose NF-indépendante chez A. evenia (P4). Le projet exploitera les outils innovants récemment générés par les partenaires : les sondes biologiques fluorescentes pour l’étude spatio-temporelle in vivo de l’état redox ; les ressources génétiques et génomiques chez A. evenia ; de nouveaux mutants affectés dans les récepteurs et la signalisation redox chez M. truncatula ; des interacteurs de MtNFP nouvellement identifiés.
Ce travail contribuera fortement à la compréhension des mécanismes par lesquels les LysM-RLKs modulent la balance redox pour orienter la réponse aux signaux perçus vers l’établissement de la symbiose ou la défense aux pathogènes. Cela sera de nature à offrir de nouvelles pistes pour une agriculture durable en jouant simultanément sur l’efficacité des symbioses et la résistance aux pathogènes.