Régulation du cycle cellulaire de Sinorhizobium et efficacité de la symbiose avec les légumineuses – Sincerely

Sincerely est un projet de recherche fondamentale focalisé sur FcrX, un facteur essentiel découvert récemment régulant le cycle cellulaire et la division cellulaire chez la bactérie symbiotique modèle Sinorhizobium meliloti. Nos données préliminaires montrent que FcrX contrôle à la fois CtrA, le régulateur maître du cycle cellulaire, et la protéine tubuline-like FtsZ, qui est un acteur crucial lors de l’assemblage de la machinerie de division, le divisome. Le projet a pour but de révéler les mécanismes moléculaires impliqués dans l’action de FcrX sur ces deux processus. De plus, l’ingénierie de FcrX à des fins agronomiques sera explorée, en testant les potentialités de fixation d’azote de souches de S. meliloti portant un FcrX modifié en interaction avec des plantes du genre Medicago (ie. luzerne). Dans la nature, l’azote est fréquemment un facteur limitant pour la croissance des végétaux, expliquant l’utilisation massive d’engrais azotés de synthèse en agriculture, avec leurs importants méfaits environnementaux tels que l’eutrophisation des eaux et l’érosion des sols. De surcroit, les engrais azotés industriels sont produits selon le procédé Haber-Bosch, un processus très énergivore qui consomme ~1% des énergies fossiles mondiales chaque année. Les plantes appartenant à la famille des légumineuses ont développé une symbiose avec des bactéries capables de fixer l’azote atmosphérique pour contourner la limitation des apports en azote disponibles dans le sol. Néanmoins, la capacité de fixation du partenaire bactérien est un point crucial de cette interaction symbiotique, qui contraint directement le bilan de la symbiose et le rendement de la plante hôte. Dans de nombreux cas, la population de rhizobia résidant dans un champ comprend des tricheurs et des bactéries ayant un faible potentiel de fixation d’azote. Dans l’agriculture moderne, le recours à des inoculants commerciaux comprenant des rhizobia « d’élite » est devenu une pratique courante pour garantir de bons rendements et un haut niveau de protéines dans les graines. De façon très intéressante, au cours de l’interaction symbiotique qui s’établit entre les plantes du genre Medicago et Sinorhizobium meliloti, les plantes forment des organes symbiotiques appelés nodosités, où les bactéries se différencient en bactéroïdes fixateurs d’azote. Une fois les rhizobia relargués au sein des cellules végétales, ils subissent un processus de différenciation cellulaire menant à un profond remodelage du cycle cellulaire bactérien vers de l’endoréplication (réplications répétées du génome sans division cellulaire) et un important allongement cellulaire (jusqu’à dix fois leur taille originale). Cette différenciation cellulaire est associée à une baisse du niveau protéique du régulateur maitre du cycle celullaire CtrA et à une absence d’assemblage du divisome. Ce processus est accompagné d’une augmentation de l’efficacité symbiotique. Ainsi, la régulation du cycle cellulaire bactérien est au cœur de la symbiose et détermine les performances symbiotiques des rhizobia. Le projet présenté ici a pour but de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels FcrX régule le cycle cellulaire et sa coordination avec la division cellulaire, en combinant l’expertise de deux équipes de recherche aux compétences complémentaires dans le domaine de la biochimie, de la biologie structurale, de la microbiologie, de la biologie végétale, de la biologie cellulaire et de la génétique. Les connaissances nouvellement acquises sur l’architecture du réseau de régulation du cycle cellulaire bactérien nous informeront sur les stratégies à mettre en place pour mettre au point des souches de rhizobia présentant des capacités symbiotiques améliorées, ouvrant la voie au développement d’inoculants agricoles de nouvelle génération capables d’augmenter les rendements des légumineuses.