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Endosymbioses chez les plantes actinorhiziennes : signalisation et mécanismes cellulaires associés à la colonisation racinaire – SYMActino

Signalisation symbiotique et mécanismes cellulaires associés à la colonisation racinaire

Etudier les processus moléculaires et cellulaires associés aux premières étapes des interactions symbiotiques entre les espèces actinorhiziennes Casuarina glauca et Discaria trinervis et la bactérie fixatrice d’azote Frankia d’une part et le champignon endomycorhizien Rhizophagus d’autre part.

Identifier des mécanismes clefs par lesquels les plantes actinorhiziennes contrôlent l’infection.

Le projet SymActino se propose d’étudier les réponses calciques (calcium spiking) et cellulaires (remodelage) au cours des étapes précoces des interactions symbiotiques entre Casuarina glauca et Discaria trinervis et Frankia d’une part et le champignon endomycorhizien Rhizophagus irregularis (= Glomus intraradices) d’autre part. L’objectif est d’analyser les réponses de l’hôte aux symbiotes bactérien et fongique en utilisant une approche d’imagerie cellulaire alliant la microscopie confocale et des gènes rapporteurs in vivo (Cameleon Nup-YC2.1, GFP-HDEL). Ces événements sont essentiels à la reconnaissance spécifique de l’endosymbiote et à la colonisation racinaire.

Le projet SYMActino est basé sur une approche d’analyse par imagerie cellulaire. Cette approche fait appel à la microscopie confocale combinée avec l’utilisation de plantes exprimant des gènes rapporteurs comme le Cameleon Nup-YC2.1 permettant la mesure des oscillations calciques ou le GFP (Green Fluorescent Protein) adressée au réticulum endoplasmique permettant d’observer le remodelage cellulaire. Cela permet ainsi de suivre les réponses des plantes actinorhiziennes au cours des premières étapes de l’interaction symbiotique.

Des analyses en microscopie confocale au cours de l’étape pré-infection ont été effectuées sur des racines de C. glauca et de D. trinervis exprimant la construction Prom35S::Nup-YC2.1. Elles ont porté sur la réponse de la plante au traitement avec des exudats de Frankia ou de molécules de type CO4 (ChitoOligosaccharides de synthèse) mimant la réponse au champignon. Des oscillations calciques (spiking) très encourageantes ont été observées dans les poils absorbants pour C. glauca (exudats de Frankia) ou dans les cellules épidermiques pour les 2 espèces (CO4).

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Les plantes actinorhiziennes présentes dans tous les continents et zones climatiques jouent un rôle essentiel en enrichissant les sols en azote et en matières organiques. Cette adaptabilité remarquable a pour origine la capacité de ces arbres et arbustes à former des associations symbiotiques racinaires efficaces à la fois avec des bactéries fixatrices d'azote filamenteuses (Frankia) et des champignons mycorhiziens.
Le principal objectif de ce projet est l’étude des processus moléculaires et cellulaires relatifs aux premières étapes de ces interactions symbiotiques qui sont cruciales pour la reconnaissance spécifique de l’endosymbiote et la colonisation racinaire.
Deux plantes actinorhiziennes présentant des modes d'infection par Frankia très différents ont été sélectionnées pour ces études : Casuarina glauca est infectée par les poils absorbants (voie intracellulaire), tandis que Discaria trinervis est infectée par une voie intercellulaire, probablement plus ancestrale.
Pour ces deux espèces, les réponses de l’hôte aux symbiotes bactériens et fongiques seront analysées en utilisant de la microscopie confocale et des gènes rapporteurs in vivo ce qui permettra d’étudier l’activation de voies de signalisation symbiotiques spécifiques et les processus de différenciation cellulaire végétale associés aux deux modes d’infection. Les réponses de signalisation calcique de l’hôte au cours des étapes de pré-infection et d'infection seront par ailleurs comparées à celles déjà décrites chez les légumineuses.
Ce projet original et ambitieux réunit une équipe à la pointe de l'analyse moléculaire des symbioses actinorhiziennes fixatrices d'azote et une équipe pionnière dans l’étude de la dynamique cellulaire in vivo et de la signalisation symbiotique chez les légumineuses.
Au total, le projet SYMActino devrait conduire à l'identification des mécanismes clefs par lesquels les plantes actinorhiziennes contrôlent l’infection par Frankia et la mycorhization. La comparaison avec les légumineuses devrait révéler des mécanismes communs aux Fabids capables d'établir des endosymbioses mycorhiziennes et fixatrices d'azote. Cela ouvre également la voie à l'identification d’éléments communs et spécifiques communs aux endosymbioses fongiques et bactériennes des légumineuses et des plantes actinorhiziennes.

Coordinateur du projet

Monsieur HASSEN GHERBI (Equipe Rhizogenèse - UMR DIADE- Institut de Recherche pour le Développement (IRD)) – hassen.gherbi@ird.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRD Equipe Rhizogenèse - UMR DIADE- Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
INRA-CNRS Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes LIPM - UMR INRA (441), CNRS (2594)

Aide de l'ANR 380 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 48 Mois

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