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Stage:101
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : LIPM_ UMR INRA/CNRS
Equipe d'accueil : Dynamique cellulaire et régulation de l'infection et du dévelopement nodulaire (P. Gamas)
Encadrant(e)(s) : Andreas Niebel (05 61 28 53 27, andreas.niebel@toulouse.inra.fr)
Projet de recherche :
L’interaction symbiotique entre les légumineuses et les bactéries appelées Rhizobia met en jeu la formation d’un nouvel organe sur la racine, le nodule, qui abrite les bactéries et leur permet de fixer l’azote atmosphérique au profit de la plante. Cette symbiose est d’un intérêt agronomique et écologique considérable, puisqu’elle fournit à l’échelle de la planète environ le tiers de l’azote assimilable par les plantes. Au niveau biologique, la symbiose est un système particulièrement riche pour étudier les interactions plantes - bactéries (dont l’infection est étroitement contrôlée par la plante hôte) ainsi que l’initiation et le développement d’un organe. En effet, le nodule étant un organe facultatif pour la plante, il est plus facile d’étude qu’un organe vital.
Le développement de la génomique a permis, notamment dans notre équipe, d’identifier de nombreux gènes végétaux associés à différentes étapes, précoces ou tardives, de la symbiose (El Yahyaoui et al., 2004, Moreau et al. 2011). Parmi ces gènes nous avons plus particulièrement étudié un facteur de transcription, NF-YA1 (anciennement appelé HAP2-1), dont l’expression est précocement et très fortement induite lors de l’interaction symbiotique entre la bactérie Sinorhizobium meliloti et la légumineuse modèle Medicago truncatula (Combier, 2006). NF-YA1 appartient à la famille des CCAAT box binding proteins dont plusieurs membres ont été montré comme des acteurs clés de différents processus développementaux chez les animaux comme chez les plantes (voir Dolfini, 2012, Laloum et al., soumis pour revue).
Nous avons caractérisé en détail un mutant KO de NF-YA1, nf-ya1-1, et montré que plusieurs étapes symbiotiques sont affectées (Combier, 2006 ; Laporte et al., en préparation). Tout d’abord, la pénétration des bactéries dans les poils racinaires via des structures appelées « cordons d’infection » est fortement affectée, une grande majorité des cordons d’infection avortant avant d’avoir atteint les tissus plus profonds de la racine. De plus nous avons observé que les parois des cordons d’infection ainsi que celle des tissus symbiotiques infectés étaient anormales. Le développement nodulaire est également ralenti, aboutissant à de petites structures qui ne fixent pratiquement pas l’azote.
Afin de mieux comprendre comment NF-YA1 contrôle ces différentes étapes, nous recherchons les cibles de ce facteur de transcription. Une combinaison d’approches transcriptomiques comparées entre sauvage et mutant et d’approches biochimiques (Selex), visant à déterminer les sites de liaison de NF-YA1 sur le promoteur de ses gènes cibles, a permis d’établir une première liste de cibles potentielles. Nous cherchons à présent à déterminer les cibles primaires de NF-YA1 en utilisant la technique de l’immunoprécipitation chromosomique (ChIP). Cette technique est bien au point dans plusieurs laboratoires travaillant sur Medicago truncatula et le matériel végétal nécessaire sera disponible en début de stage.
Le but de ce stage de M2R est donc d’identifier par ChiP différentes cibles directes de NF-YA1 que ce soit à des étapes précoces ou plus tardives de l’interaction symbiotique. Selon l’avancement des travaux, des experiences de transactivation dans le tabac avant et après mutagénèse dirigée des sites de liaison de type CCAAT, identifiés par Selex dans les promoteurs de gènes cibles, seront ensuite effectués. Références
Combier, J.P., Frugier, F., … Gamas, P., … and Niebel, A. (2006) MtHAP2-1 is a key transcriptional regulator of symbiotic nodule development regulated by microRNA169 in Medicago truncatula. Genes Dev., 20, 3084-3088.
Dolfini, D., Gatta, R., and Mantovani, R. (2012). NF-Y and the transcriptional activation of CCAAT promoters. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 47, 29-49.
El Yahyaoui F, Kuster H, …Niebel A…and Gamas P (2004) Expression profiling in Medicago truncatula identifies more than 750 genes differentially expressed during nodulation, including many potential regulators of the symbiotic program. Plant Physiol 136: 3159–3176.
Moreau, M., Verdenaud, M.,…., Niebel, A., .... and Pascal Gamas. (2011) Transcription Reprogramming during Root Nodule Development in Medicago truncatula. Plos one 6(1), e16463.