Utilisation de mutants d’insertion pour l’étude du développent des racines et des nodosités symbiotiques chez Medicago truncatula – Legumics

Le but de ce projet est de continuer le développement et l’utilisation des collections de mutants d’insertion développées au cours du projet EU GLIP (www.eugrainlegumes.org). Nous proposons de: i) développer un protocole de séquençage à haut débit des sites d’insertion des retrotransposons de la collection, ii) isoler de nouveaux mutants symbiotiques et d’architecture racinaire, iv) identifier les gènes étiquetés dans les mutants d’intérêt et v) caractériser certains de ces mutants.

Le criblage de la collection de mutants d’insertion a été initié par les partenaires Hongrois. Six Français ont participé aux tris des mutants organisé en Hongrie en Juin 2011 et en Novembre 2012. Des mutants-candidats ont été isolés et six mutants symbiotiques plus six mutants d’architecture racinaire ont été confirmés.
Les deux laboratoires Français ont continué l’étude des mutants disponibles dans leurs laboratoires. Les gènes correspondants à certaines de ces mutations ont été identifiés.

La caractérisation génétique et moléculaire des mutants identifiés va continuer en parallèle de la caractérisation des mutants déjà identifiés. Nous allons de plus étudier le rôle de ces gènes au cours de la symbiose ou du développement racinaire.

- Couzigou J.M., Zhukov V., Mondy S., Abu el Heba G., Cosson C., Ellis T.H.N., Ambrose M., Wen J., Tadege M., Tikhonovich I., Mysore S.K., Putterill J., Hofer J., Borisov A.Y., and Ratet P. (2012) Plant Cell, Nov 6 tpc.112.103747
- Bourcy M., Brocard L., Pislariu C.I., Cosson V., Mergaert P., Tadege M., Mysore K.S., Udvardi M.K., Gourion B., Ratet P. New Phytologist, In Press.

Les plantes légumineuses sont utilisées en agriculture parce qu’elles représentent des sources de protéines pour l’alimentation humaine et animale. Dans certains pays elles représentent même la source principale de protéines. Ce contenu élevé en protéines résulte de l’établissement d’une symbiose au niveau des racines avec des bactéries fixatrices d’azote. L’interaction symbiotique entre les rhizobia et les plantes légumineuses s’établit quand la ressource en azote assimilable du sol est limitée et conduit à la formation d’un organe racinaire appelé la nodosité au sein duquel les rhizobia fixent l’azote atmosphérique. Les plantes légumineuses ont aussi développées des stratégies spécifiques pour adapter leurs structures racinaires aux contraintes nutritives du sol. Ces mécanismes semblent différents de ceux décrits chez Arabidopsis et suggèrent que la formation des nodosités et des racines latérales partagent des mécanismes de contrôle affectant le système racinaire en entier en réponse à divers stimuli de l’environnement. L’utilisation des légumineuses en agriculture nécessite donc de mieux comprendre différents aspects de leur développement, comme l’interaction symbiotique permettant de réduire les quantités d’intrants azoté utilisés en agriculture, mais aussi les mécanismes contrôlant l’architecture racinaire et donc l’accès aux minéraux.
Les organismes modèles sont des outils puissants pour répondre aux questions biologiques plus difficiles à étudier en utilisant les plantes cultivées. Medicago truncatula est reconnu par la communauté internationale comme un bon modèle pour les légumineuses en raison de la faible taille de son génome, de son cycle de vie court et de l’ensemble des ressources et outils génomiques développées pour cette plante. Nous savons de plus, que ces ressources et outils sont transposables aux légumineuses cultivées comme la Luzerne, la vesce et le petit pois, en raison de la ressemblance structurale de leurs génomes. Les données obtenues chez cette plante sont donc directement applicables chez les légumineuses cultivées.
L’utilisation des collections de mutants d’insertion s’est révélée essentielle pour étudier la fonction des gènes nécessaires au développement mais aussi aux réponses adaptées des plantes à leur environnement. Par exemple, chez Arabidopsis, la mise à disposition grâce aux bases de données des séquences des sites d’insertion du T-DNA des collections de mutants d’insertion a représenté un outil très important pour la communauté et a largement participé au développement de cette plante comme modèle. Une collection de mutants d’insertion, basée sur l’utilisation des retrotransposons Tnt1 de tabac et MERE1 de Medicago, a été développée au cours du projet EU GLIP (www.eugrainlegumes.org) en parallèle de la collection Tnt1 développée à la Noble foundation (http://bioinfo4.noble.org/mutant/). Dans le cas de la collection Européenne, seule la construction de la collection a été financée, malgré le très grand intérêt que représente cette ressource pour la communauté.
Le but de ce projet ANR Franco/Hongrois est de continuer le développement et l’utilisation de cette ressource développée pour Medicago dans le cadre du projet Européen GLIP. Nous proposons d’utiliser la collection de mutants d’insertion construite dans le cadre de ce projet pour : i) développer un protocole de séquençage à haut débit des sites d’insertion des retrotransposons de la collection, ii) utiliser cette technologie pour séquencer une large partie des sites d’insertion de la collection, iii) faire un crible génétique de cette collection pour rechercher de nouveaux mutants symbiotiques et d’architecture racinaire, iv) utiliser les données de séquençage pour identifier les gènes étiquetés dans les mutants d’intérêt et v) caractériser au niveau moléculaire, physiologique et cellulaire certains de ces mutants.