CE20 - Biologie des animaux, des organismes photosynthétiques et des microorganismes

Le rôle des systèmes du transport membranaires fongiques induits par la symbiose ectomycorhizienne – MYCOTRANS

MYCOTRANS

MYCOTRANS vise à produire des connaissances fondamentales sur le fonctionnement des échanges champignon/plante dans la symbiose mycorhizienne, interaction bénéfique cruciale pour la nutrition et l’adaptation des plantes. MYCOTRANS se concentrera sur l'association modèle<br />ectomycorhizienne Pinus pinaster - Hebeloma cylindrosporum, car cette espèce fongique est la seule qui soit facilement transformable par Agrobacterium, permettant des approches génétiques.

Le rôle des systèmes du transport membranaires fongiques induits par la symbiose ectomycorhizienne

Plusieurs études transcriptionnelles ont révélé l’induction de systèmes de transport membranaire fongiques dans les mycorhizes, impliqués dans la nutrition K, N et P ; mais étonnamment, un membre de la famille CDF (Facilitateur de Cation Diffusion) a été identifié comme étant le transporteur le plus induit par la mycorhization. Jusqu'ici, nous avons étudié le transport des macronutriments sous forme de K et P, mais nous émettons l'hypothèse que ce transporteur CDF, comme les autres gènes significativement induits par la mycorhization, joue un rôle important dans le développement, le maintien ou le fonctionnement de l'association ectomycorhizienne et pourrait fournir des informations clé dans la compréhension des effets positifs de la symbiose mycorhizienne sur la nutrition de la plante hôte. Cependant, la fonction, la localisation cellulaire et subcellulaire, la régulation et le rôle physiologique dans les mycorhizes de ce transporteur CDF sont totalement inconnus. Les objectifs de MYCOTRANS seront (i) de décrypter la fonction physiologique, la localisation et la régulation du transporteur CDF fongique avec une analyse génétique et fonctionnelle, (ii) d'analyser le rôle dans les plantes mycorhizées des gènes induits dans les mycorhizes, en développant des outils d’édition du génome (CRISPR / Cas) pour le champignon ectomycorhizien, et (iii) de découvrir de nouveaux éléments de régulation de la symbiose mycorhizienne se produisant spécifiquement au niveau des protéines par l’analyse du protéome et du phosphoprotéome des ectomycorhizes

Pour atteindre ces objectifs, nous utiliserons des méthodologies clés qui sont: (i) l’expression hétérologue dans des levures et des ovocytes de xénope du gène codant pour le transporteur CDF, afin d'évaluer ses propriétés telles que sa sélectivité envers différents micronutriments; (ii) l'hybridation in situ et la GFP (Green Fluorescent Protein) fusionnée à la protéine CDF, pour sa localisation cellulaire et subcellulaire dans la levure et les ectomycorhizes; (iii) la production de nouveaux vecteurs CRISPR/Cas pour produire les mutants KO pour étudier précisément le rôle des gènes fongiques dans le fonctionnement des mycorhizes, cette dernière technique étant bien plus efficace que celle des ADN interférant (RNAi); (iv) l’utilisation d’un système simulant la symbiose in vitro, où le champignon est incubé dans une solution, seul ou en présence du système racinaire de la plante-hôte, permettant un dialogue croisé entre les deux partenaires de la symbiose sans formation d’ectomycorhizes sur la racine; (v) l’analyse complète du protéome fongique (protéines solubles, microsomale et membrane plasmique) et du phosphoprotéome des protéines de la membrane plasmique, pour examiner les éventuelles modifications post-traductionnelles exercées par la plante hôte.

Nous attendons les résultats pour (i) la fonction physiologique, la localisation et la régulation du transporteur CDF fongique avec une analyse génétique et fonctionnelle, (ii) le rôle dans les plantes mycorhizées des gènes induits dans les mycorhizes, en développant des outils d’édition du génome (CRISPR / Cas) pour le champignon ectomycorhizien, et pour (iii) l’analyse du protéome et du phosphoprotéome des ectomycorhizes.

En plus de fournir des vecteurs CRISPR/Cas pour produire les mutants KO dans les champignons ectomycorhiziens à la communauté scientifique, l'ensemble de nos résultats devrait éclairer de façon décisive le rôle physiologique réel des gènes induits dans les mycorhizes, en particulier ceux situés dans le réseau de Hartig. Or, ces gènes vont finalement déterminer l'efficacité de la symbiose ectomycorhizienne. MYCOTRANS devrait donc nous aider à trouver des gènes marqueurs symbiotiques, ce qui permettra d’utiliser les interactions mycorhiziennes pour une gestion rationnelle des terres cultivées et des forêts, en prenant en compte les services écosystémiques rendus par les champignons mycorhiziens.

Ruytinx J., Kafle A., Usman M., Coninx L., Zimmermann S.D., Garcia K. (2020) Micronutrient transport in mycorrhizal symbiosis; zinc steals the show. Fungal Biology Reviews, 34 (1), 1-9. doi.org/10.1016/j.fbr.2019.09.001

MYCOTRANS vise à produire des connaissances fondamentales sur le fonctionnement des échanges champignon/plante dans la symbiose mycorhizienne, interaction bénéfique cruciale pour la nutrition et l’adaptation des plantes. MYCOTRANS se concentrera sur l'association modèle ectomycorhizienne Pinus pinaster - Hebeloma cylindrosporum, car cette espèce fongique est la seule qui soit facilement transformable par Agrobacterium, permettant des approches génétiques. Plusieurs études transcriptionnelles ont révélé l’induction de systèmes de transport membranaire fongiques dans les mycorhizes, impliqués dans la nutrition K, N et P ; mais étonnamment, un membre de la famille CDF (Facilitateur de Cation Diffusion) a été identifié comme étant le transporteur le plus induit par la mycorhization. Jusqu'ici, nous avons étudié le transport des macronutriments sous forme de K et P, mais nous émettons l'hypothèse que ce transporteur CDF, comme les autres gènes significativement induits par la mycorhization, joue un rôle important dans le développement, le maintien ou le fonctionnement de l'association ectomycorhizienne et pourrait fournir des informations clé dans la compréhension des effets positifs de la symbiose mycorhizienne sur la nutrition de la plante hôte. Cependant, la fonction, la localisation cellulaire et subcellulaire, la régulation et le rôle physiologique dans les mycorhizes de ce transporteur CDF sont totalement inconnus. Les objectifs de MYCOTRANS seront (i) de décrypter la fonction physiologique, la localisation et la régulation du transporteur CDF fongique avec une analyse génétique et fonctionnelle, (ii) d'analyser le rôle dans les plantes mycorhizées des gènes induits dans les mycorhizes, en développant des outils d’édition du génome (CRISPR / Cas) pour le champignon ectomycorhizien, et (iii) de découvrir de nouveaux éléments de régulation de la symbiose mycorhizienne se produisant spécifiquement au niveau des protéines par l’analyse du protéome et du phosphoprotéome des ectomycorhizes. Pour atteindre ces objectifs, nous utiliserons des méthodologies clés qui sont: (i) l’expression hétérologue dans des levures et des ovocytes de xénope du gène codant pour le transporteur CDF, afin d'évaluer ses propriétés telles que sa sélectivité envers différents micronutriments; (ii) l'hybridation in situ et la GFP (Green Fluorescent Protein) fusionnée à la protéine CDF, pour sa localisation cellulaire et subcellulaire dans la levure et les ectomycorhizes; (iii) la production de nouveaux vecteurs CRISPR/Cas pour produire les mutants KO pour étudier précisément le rôle des gènes fongiques dans le fonctionnement des mycorhizes, cette dernière technique étant bien plus efficace que celle des ADN interférant (RNAi); (iv) l’utilisation d’un système simulant la symbiose in vitro, où le champignon est incubé dans une solution, seul ou en présence du système racinaire de la plante-hôte, permettant un dialogue croisé entre les deux partenaires de la symbiose sans formation d’ectomycorhizes sur la racine; (v) l’analyse complète du protéome fongique (protéines solubles, microsomale et membrane plasmique) et du phosphoprotéome des protéines de la membrane plasmique, pour examiner les éventuelles modifications post-traductionnelles exercées par la plante hôte. En plus de fournir des vecteurs CRISPR/Cas pour produire les mutants KO dans les champignons ectomycorhiziens à la communauté scientifique, l'ensemble de nos résultats devrait éclairer de façon décisive le rôle physiologique réel des gènes induits dans les mycorhizes, en particulier ceux situés dans le réseau de Hartig. Or, ces gènes vont finalement déterminer l'efficacité de la symbiose ectomycorhizienne. MYCOTRANS devrait donc nous aider à trouver des gènes marqueurs symbiotiques, ce qui permettra d’utiliser les interactions mycorhiziennes pour une gestion rationnelle des terres cultivées et des forêts, en prenant en compte les services écosystémiques rendus par les champignons mycorhiziens.

Coordination du projet

Sabine ZIMMERMANN (Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes)

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

BPMP Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes
Eco&Sols Ecologie Fonctionnelle et Biogéochimie des Sols et Agrosystèmes
CMK Universiteit Hasselt / Centrum voor Milieukunde

Aide de l'ANR 266 844 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 30 Mois

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