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Stage:10
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : Surfaces Cellulaires et Signalisation chez les Végétaux (UMR UPS-CNRS 5546)
Equipe d'accueil : Protéines de Signalisation et Reconnaissance Moléculaire
Encadrant(e)(s) : Jean-Jacques Bono (CR INRA)/Judith Fliegmann (Chercheur contractuelle)
Le motif LysM a été décrit initialement chez les protéines qui dégradent la paroi bactérienne en leur permettant d’interagir avec les résidus de N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) du peptidoglycane. Chez les plantes, les protéines à domaines LysM sont impliquées dans la perception de deux signaux microbiens importants, présentant une structure chimique à base de GlcNAc, les facteurs Nod qui sont des lipo-chitooligosaccharides (LCOs) et les fragments de chitine qui sont des chitooligosaccharides (COs), intervenant respectivement dans les interactions symbiotiques ou pathogènes.
Le génome de la légumineuse modèle Medicago truncatula code une famille de protéines à domaines LysM, constituée d’une vingtaine de membres (Arrighi et al., 2006). Il renferme les gènes codant les récepteurs présomptifs des facteurs Nod NFP et LYK3 ainsi que les orthologues potentiels des récepteurs aux fragments de chitine CEBiP et CERK1, identifiés chez le riz et Arabidopsis thaliana (Kaku et al., 2006 ; Miya et al., 2007). M. truncatula constitue donc le modèle idéal pour étudier comment une même plante pourrait distinguer ses symbiotes de ses pathogènes via la perception des LCOs ou COs par les protéines à domaines LysM. Au laboratoire, nous nous intéressons aux mécanismes moléculaires de reconnaissance des LCOs et des COs. Une partie de nos travaux concernent la protéine LYM2, prédite pour posséder une ancre GPI (glycosylphosphatidylinositol) et présentant 3 domaines LysM dans sa partie extracellulaire. A l’inverse de NFP, LYK3 et CERK1 qui appartiennent à la famille des récepteurs kinase à domaines LysM (LysM-RLKs), LYM2, proche homologue de CEBiP, est dépourvue de domaine kinase intracellulaire permettant de transmettre un signal après interaction avec un ligand. Une des hypothèses de travail considère que ces protéines pourraient interagir avec des protéines partenaires pour constituer un complexe récepteur fonctionnel.
Les études en cours visent à déterminer le rôle de LYM2 et son mode de fonctionnement dans la perception de composés à GlcNAc. Les travaux proposés auront pour objectif de rechercher les partenaires de LYM2, protéines régulatrices ou associées dans un complexe de perception, par une double approche biochimique et moléculaire :
- l’approche biochimique, sans a priori, reposera sur des expériences d’immunoprécipitation, à l’aide des anticorps polyclonaux disponibles au laboratoire. Elles seront réalisées à partir de plantes sauvages et du mutant lym2 (utilisé comme témoin négatif). Les protéines spécifiquement co-précipitées seront analysées en électrophorèse puis identifiées par spectrométrie de masse.
- l’approche moléculaire portera sur l’analyse de mutants affectés dans différents gènes codant des protéines à domaines LysM (incluant lym2) en terme de réponses précoces à des composés GlcNAc (génération H2O2, activation de gènes marqueurs), comparativement à la plante sauvage. Des doubles mutants seront également générés (transformation de racines d’un simple mutant par Agrobacterium rhizogenes introduisant une construction avec RNAi affectant un deuxième gène d’intérêt) et analysés dans l’hypothèse où l’étape de perception ferait intervenir deux protéines.
L’ensemble des recherches proposées devrait contribuer à identifier de nouveaux acteurs intervenant dans la perception des composés GlcNAc chez M. truncatula. Ils feront par la suite l’objet d’une caractérisation détaillée dans le cadre d’un projet de thèse.
Références :
Arrighi J-F, Barre A, Ben Amor B, Bersoult A, Soriano LC, Mirabella R, de Carvalho-Niebel F, Journet E-P, Gherardi M, Huguet T, Geurts R, Dénarié J, Rougé P, Gough C (2006) The Medicago truncatula LysM-receptor Kinase Gene Family Includes NFP and New Nodule-expressed Genes. Plant Physiol.: 142: 265-279.
Kaku H, Nishizawa Y, Ishii-Minami N, Akimoto-Tomiyama C, Dohmae N, Takio K, Minami E, Shibuya N (2006) Plant cells recognize chitin fragments for defense signaling through a plasma membrane receptor. Proc Natl Acad Sci U S A 103: 11086-11091
Miya A, Albert P, Shinya T, Desaki Y, Ichimura K, Shirasu K, Narusaka Y, Kawakami N, Kaku H, Shibuya N (2007) CERK1, a LysM receptor kinase, is essential for chitin elicitor signaling in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A 104: 19613-19618