Coordination entre l'épiderme et le cortex dans l'établissement des endosymbioses racinaires chez Medicago truncatula : rôle du gène DMI3 codant une protéine calcium et calmoduline dépendante

Pauline Rival

Résumé:

Depuis qu'elles ont conquis la surface de la terre, les plantes ont développé de nombreuses stratégies pour faire face aux carences en eau et en nutriments essentiels de leur environnement. L'une des plus fascinantes est sans doute la mise en place d'endosymbioses racinaires avec des microorganismes du sol. Ainsi les champignons mycorhiziens à arbuscules (AM), qu'on trouve associés avec 80% des espèces végétales terrestres, permettent aux plantes d'utiliser plus efficacement les ressources du sol en phosphate et en eau. Les bactéries du sol fixatrices d'azote regroupées sous le terme de rhizobia sont, quant à elles, capables de s'associer aux plantes de la famille des légumineuses et d'induire la formation, sur les racines de leurs hôtes, d'organes spécialisés, les nodules. Dans ces nodules, elles convertissent l'azote moléculaire en ammoniac au profit de la plante, et reçoivent en retour des hydrates de carbone. La légumineuse modèle Medicago truncatula est capable d'interagir à la fois avec les champignons AM et avec la bactérie fixatrice d'azote Sinorhizobium meliloti. Cette interaction avec S. meliloti débute par un échange de signaux entre les deux partenaires où les molécules symbiotiques clefs sont des lipo-chito-oligosaccharides d'origine bactérienne appelées facteurs Nod (FN). La reconnaissance par la plante des FN déclenche une cascade de signalisation dans les cellules racinaires qui implique plusieurs gènes, dont certains sont également nécessaires à l'établissement de la symbiose AM. Parmi ces gènes communs, DMI3 code une protéine kinase calcium et calmoduline dépendante (CCaMK). Cette CCaMk possède une structure présentant une double sensibilité au calcium et pourrait donc avoir pour rôle de décoder les signatures calciques associées à la mise en place des symbioses rhizobienne et mycorhizienne. Alors que l'infection rhizobienne débute dans l'épiderme racinaire, les divisions cellulaires à l'origine de l'organogénèse nodulaire ont lieu à plusieurs assises cellulaires de distance, au niveau du cortex interne de la racine. Les mécanismes qui régissent la coordination entre ces deux processus ne sont pas connus. Notre travail avait pour objectif d'analyser le rôle du gène DMI3 dans l'épiderme et le cortex racinaires au cours de l''infection (rhizobienne et mycorhizienne) et de l'organogenèse du nodule, ainsi que son implication dans la coordination entre ces deux processus. Nous avons d'abord analysé le profil d'expression de DMI3 dans les racines et les nodules au moyen d'une fusion transcriptionnelle pDMI3::GUS. Nous avons ensuite effectué des expériences de complémentation d'un mutant dmi3 avec le gène DMI3 sous le contrôle de promoteurs tissus spécifiques, afin de restreindre son expression soit à l'épiderme soit au cortex. Par cette approche, nous avons montré que l'expression épidermique de DMI3 restaure la formation de cordons d'infection dans les poils absorbants, mais ceux-ci restent bloqués à la base de la cellule épidermique et ne progressent pas dans la cellule corticale où DMI3 n'est pas exprimé. De même lors de l'inoculation par le champignon mycorhizien Rhizophagus irregularis, les hyphes pénètrent dans les cellules épidermiques mais y restent bloqués. Ces résultats suggèrent que les infections mycorhizienne et rhizobienne sont contrôlées par DMI3 de manière cellule autonome. En ce qui concerne l'organogenèse du nodule, celle-ci n'est pas observée lorsque l'expression de DMI3 est restreinte soit à l'épiderme, soit au cortex, mais est restaurée lorsque DMI3 est exprimé dans les deux tissus. A partir de ces résultats, nous proposons un modèle dans lequel DMI3 serait impliqué dans la production d'un signal mobile dans l'épiderme, dont le rôle serait d'activer DMI3 dans le cortex pour déclencher l'organogenèse nodulaire.

Revue:

Thèse de l'Université de Toulouse

Lien:

https://thesesups.ups-tlse.fr/1966/