Une nouvelle voie symbiotique pour l'infection rhizobienne et la nodulation chez les légumineuses – SymWay

Une nouvelle voie symbiotique pour l'infection rhizobienne et la nodulation chez les légumineuses

Les légumineuses ont un intérêt agronomique et écologique de premier ordre dû à leur capacité à développer une symbiose fixatrice d’azote avec des rhizobiums qu’elles hébergent au sein de nodules. Les recherches menées sur deux légumineuses modèles ont identifié de nombreux gènes gouvernant cette symbiose. Il a ainsi été proposé le schéma général suivant où des récepteurs LysM-RLK perçoivent des facteurs Nod rhizobiens et activent une voie de signalisation Nod contrôlant l’infection, via la formation de cordons d’infection, et l’organogenèse nodulaire. Cependant, ce processus n’est pas universel. Certaines légumineuses (25% des genres) comme le lupin, l’arachide et les Aeschynomene, utilisent un autre mécanisme symbiotique n’impliquant pas les cordons d’infection. Il est donc considéré plus simple mais il reste très mal connu. Parmi les Aeschynomene, certaines sont remarquables car nodulées par des Bradyrhizobium photosynthétiques ne produisant pas de facteurs Nod. Ainsi, des voies symbiotiques alternatives existent pour induire la nodulation, sans reconnaissance des facteurs Nod et sans formation de cordons d’infection.

Pour mettre à jour les mécanismes de cette symbiose dite Nod-indépendante, nous avons établi lors du projet ANR “AeschyNod” Aeschynomene evenia comme modèle d’étude et séquencé son génome. En combinant une analyse génomique à un crible génétique de mutants de nodulation chez A. evenia, nous avons démontré la non-implication de gènes-clé, requis pour la perception des rhizobiums et l’infection intracellulaire chez les légumineuses modèles, tandis que la voie de signalisation Nod est conservée. L’avancée la plus notable a été l’identification de deux nouveaux acteurs essentiels pour l’établissement de cette symbiose, AeRLCK (Receptor-Like Cytoplasmic Kinase) et AeCRK (Cysteine-rich Receptor-like Kinase). Les RLCKs et CRKs sont des acteurs centraux de voies de signalisation chez les plantes, en interagissant avec des récepteur-kinases (RLKs) liant des ligands. Notre hypothèse est qu’AeCRK et AeRLCK jouent un rôle clé en interagissant avec des récepteurs et d’autres acteurs pour assurer la perception des Bradyrhizobium photosynthétiques, la transduction du signal et l’infection, mais leur mode d’action reste à découvrir.

La caractérisation d’AeRLCK et AeCRK est cruciale pour connaître les bases moléculaires de la symbiose Nod-indépendante. Nos objectifs dans le projet SymWay sont de i) caractériser la fonction biologique d’AeRLCK et AeCRK, ii) identifier leurs interactants et le rôle de ceux-ci dans la nodulation, et iii) comprendre comment certaines légumineuses ont évolué une symbiose Nod-indépendante par le recrutement de ces acteurs. Pour réaliser ces objectifs, notre consortium implique trois partenaires : deux sont leaders dans l’étude des symbioses, avec l’un travaillant sur le processus Nod-indépendant chez les Aeschynomene et l’autre étant spécialiste dans la caractérisation des récepteurs symbiotiques, et le troisième est expert en bio-informatique. Ensemble, nous utiliserons des approches de génomique, génétique, transcriptomique, de biologie moléculaire et de biochimie des protéines, et nous exploiterons aussi des systèmes symbiotiques comparatifs.

La mise à jour des mécanismes moléculaires du processus Nod-indépendant, par la caractérisation d’AeRLCK et AeCRK, devrait conduire à un nouveau paradigme de comment la symbiose rhizobium-légumineuse peut être établie et ainsi améliorer notre compréhension de l’évolution et de la diversité des mécanismes de nodulation. Les connaissances acquises chez les Aeschynomene seront aussi utiles pour améliorer la nodulation chez les légumineuses cultivées qui utilisent un processus d’infection similaire. Ce projet apportera aussi de nouvelles pistes pour concevoir des stratégies adaptées de transfert de la capacité à fixer l’azote aux céréales.