Canaux ioniques et espèces actives de l’oxygène dans le poil absorbant de légumineuse: rôle dans la symbiose avec Rhizobium – CAROLS

Le poil absorbant joue un rôle crucial dans l’absorption de l’eau et des ions minéraux, et ainsi dans le développement de la plante. Chez les Légumineuses, il est également un acteur majeur de l’établissement de l’interaction symbiotique fixatrice d’azote avec les rhizobia, qui est d’une grande importance pour la réduction des intrants azotés, dans le cadre d’une agriculture durable. De plus, il constitue un modèle prometteur pour étudier la biologie d’un type de cellule différenciée unique, y compris par une approche de type "systems biology", ce qui est un défi actuel pour les végétalistes.

Une croissance cellulaire polarisée, intervenant uniquement à l’extrémité, est un trait caractéristique du poil absorbant, qu’il partage avec très peu de types cellulaires (tube pollinique, hyphes fongiques et axones animaux). Ce type de croissance est un processus complexe, dans lequel les canaux ioniques et les espèces actives de l’oxygène (EAO) jouent des rôles clefs. De plus, des interactions entre ces acteurs existent : l’activité des canaux peut être contrôlée par des signaux impliquant les EAO et, inversement, la production d’EAO peut dépendre de flux ioniques régulés par les canaux. Ce contrôle de la croissance polarisée du poil exercé par les canaux et les EAO, observé initialement chez Arabidopsis thaliana, apparaît également actif chez les Légumineuses. De plus, dans ce dernier cas, la réorientation de la croissance du poil intervient durant les étapes précoces de l’interaction symbiotique: l’infection bactérienne est en effet initiée par la courbure du poil qui emprisonne les bactéries qui lui sont attachées.

Le but du projet CAROLS est d’obtenir une vision d’ensemble de l’implication des canaux ioniques de la membrane plasmique du poil et de leur régulation par les EAO dans les premières étapes de la symbiose entre la Légumineuse modèle Medicago truncatula et son microsymbiote Sinorhizobium meliloti. Ce travail sera divisé en six tâches : (i) des analyses électrophysiologiques in situ, pour obtenir un répertoire fonctionnel des conductances ioniques de la membrane plasmique du poil, (ii) des analyses moléculaires et des clonages pour l’obtention d’un répertoire moléculaire des gènes codant des canaux, (iii) la vérification que les canaux sélectionnées en (ii) sont bien présents dans la membrane plasmique du poil, (iv) la caractérisation fonctionnelle des canaux clonés dans des systèmes hétérologues, (v) des analyses du rôle des EAO dans la régulation des canaux et (vi) des analyses in planta de mutants de plantes (dans les activités de transport ionique ou de production d’EAO) sélectionnés et le phénotypage de la croissance de leurs poils et de leurs capacités symbiotiques. En combinant des techniques de pointe en électrophysiologie (dissection laser couplée au patch-clamp) avec des analyses moléculaires, génétiques et fonctionnelles, le projet constituera la première étude systématique et intégrée des canaux de la membrane plasmique du poil. L’emploi de la dissection laser permettra l’étude de l’effet des EAO sur les activités des canaux à différents stades de la croissance du poil, y compris sa courbure et l’initiation du cordon d’infection. La méthodologie électrophysiologique innovante, qui pourrait être unique au niveau international, place le projet en position idéale dans le cadre de la compétition internationale. Le projet bénéficiera aussi du séquençage presque complet du génome de M. truncatula. Il conduira à d’importantes avancées dans l’analyse des rôles des canaux ioniques et de leur régulation par les EAO, dans la croissance du poil et dans l’interaction avec les bactéries symbiotiques. Enfin, il ouvrira des nouvelles pistes pour la caractérisation des interactions entre EAO et canaux dans la signalisation de la plante et son adaptation aux conditions environnementales, biotiques et abiotiques, et pour l’étude de la physiologie du poil absorbant, y compris via une approche de type "systems biology".