Étude de la respiration "nitrate-NO" dans l'interaction symbiotique entre Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti : à la recherche d'un transporteur de nitrite mitochondrial
Marianne Prevot
Résumé:
Les symbioses entre les légumineuses et les bactéries fixatrices d’azote (rhizobium) représentent un enjeu majeur pour la réduction des intrants azotés en agriculture. La réduction de l'azote moléculaire (N2) en ammonium (NH4+) par la nitrogénase bactérienne, puis son assimilation par la cellule végétale constituent la fonction centrale des nodosités symbiotiques. Ce processus, très coûteux en énergie, présente le paradoxe de se produire dans un organe très appauvri en oxygène, ce qui conduit à fortement réduire la respiration mitochondriale, principale source d'ATP. La question se posait donc de savoir par quels mécanismes l'ATP nécessaire au fonctionnement cellulaire est régénéré au sein de la nodosité. Sur la base d'observations récentes faites dans les racines en hypoxie, nous avons posé l'hypothèse selon laquelle, dans la nodosité fixatrice d'azote, une partie de l'ATP est régénérée par le biais d'une respiration cyclique (respiration nitrate-NO) en quatre étapes: 1) le nitrate (NO3-) est réduit en nitrite (NO2-) dans le cytosol par la nitrate réductase (NR); 2) le NO2- est transporté du cytosol dans la mitochondrie par l'intermédiaire d'un (ou plusieurs) transporteur(s); 3) le NO2- est réduit en oxyde nitrique (NO) par les électrons de la chaîne respiratoire (permettant ainsi le fonctionnement de la respiration et la régénération de l'ATP); et 4) le NO diffuse librement vers le cytosol où il est oxydé en NO3- par la leghémoglobine (Lb). Au cours de ce travail de thèse, mené sur le modèle Medicago truncatula-Sinorhizobium meliloti, nous avons d'abord montré que les nitrate réductases et les chaînes de transfert d'électron des deux partenaires, végétal et bactérien, sont impliquées dans la production de NO dans les nodosités fonctionnelles. Nous avons également montré que l'activité nitrate réductase est nécessaire au maintien d'un état énergétique élevé permettant la fixation de l'azote. Dans un second temps, nous avons entrepris de caractériser le transport du nitrite chez des mitochondries purifiées de racines. L’objectif était ensuite d’identifier un ou plusieurs candidats pour le transport du nitrite dans les mitochondries. Pour cela, sur la base d'homologies de séquence avec des transporteurs déjà identifiés et de séquences d'adressage putatives, une recherche in silico des protéines prédites de M. Truncatula a été conduite. Cette analyse a permit de sélectionner 6 candidats avec une localisation possible aux mitochondries. L’analyse par spectrométrie de masse des protéines présentes sur les membranes des mitochondries a révélé 3 autres candidats. L'expression des 9 candidats retenus a été caractérisée en situation de normoxie et d’hypoxie dans les racines et les nodosités. Cela a permis de mettre en évidence deux profils intéressants. Enfin, l'étude de l’adressage subcellulaire et l’expression tissulaire au cours du développement de la nodosité ont été débutés pour certains des candidats retenus sur leur profil d’expression et ceux obtenus par spectrométrie de masse.
Revue:
Thèse de l'Université de Nice-Sophia Antipolis
Lien:
https://www.theses.fr/2012NICE4099
NB: Non consultable en ligne