Stage:126

From Master 2 Recherche Biosciences Végétales

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Analyse des fonctions biochimiques et biologiques d’un récepteur à domaine LysM de la légumineuse modèle Medicago truncatula

Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganisms UMR 2594/441 CNRS/INRA
Equipe d'accueil : Clare Gough-Julie Cullimore
Encadrant(e)(s) : Clare Gough (Clare.Gough@toulouse.inra.fr) Jean-Jacques Bono (Jean-Jacques.Bono@toulouse.inra.fr) tel. 0561285463

Analyse des fonctions biochimiques et biologiques d’un récepteur à domaine LysM de la légumineuse modèle Medicago truncatula

Clare Gough (Clare.Gough@toulouse.inra.fr)
Jean-Jacques Bono (Jean-Jacques.Bono@toulouse.inra.fr)

Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganisms
UMR 2594/441 CNRS/INRA

Contexte scientifique :
Les plantes sont capables de percevoir les microorganismes symbiotiques ou pathogènes au moyen des signaux chimiques qu’ils produisent. Ainsi, suite à leur perception et à une cascade de signalisation intracellulaire, elles mettent en place une réponse biologique adaptée permettant de lutter contre l’attaque d’un pathogène ou d’établir une interaction symbiotique. Les récepteurs de la famille des protéines à domaines LysM ont été identifiés comme les acteurs majeurs de la perception des signaux symbiotiques et pathogènes contenant de la N-acétyl-glucosamine (GlcNAc). Chez la légumineuse modèle Medicago truncatula, la perception des signaux de nature lipo-chitooligosaccharidique (LCOs) intervenant dans la symbiose fixatrice d’azote avec les Rhizobiums (facteurs Nod) ou la symbiose mycorhizienne à arbuscules (Myc-LCOs), est contrôlée par MtNFP, un récepteur-like kinase à domaine LysM (LysM-RLK) (Gough and Jacquet 2013). Récemment, nous avons identifié un deuxième LysM-RLK, MtLYR3, qui, contrairement à MtNFP, présente une affinité élevée pour les LCOs (Fliegmann et al. 2013). Cependant, des résultats préliminaires indiquent que des mutants Mtlyr3 ne sont pas affectés dans les interactions symbiotiques. Ainsi, MtNFP et MtLYR3 sont deux LysM-RLKs pour lesquels nous poursuivons nos efforts de recherche afin de mieux connaître leurs fonctions biochimiques et biologiques.
Le travail de stage aura pour objectif (i) d’identifier le site d’interaction de MtLYR3 avec les LCOs en vue d’établir les bases moléculaires de la reconnaissance des LCOs (ii) d’exploiter des données transcriptomiques obtenues récemment pour des mutants Mtlyr3 traités par des signaux LCOs (Nod et Myc) pour identifier quel rôle pourrait jouer LYR3 dans la perception de ces molécules. Des tests de phénotypage supplémentaires sur les mutants Mtlyr3 pourraient être réalisés. Les résultats seront confrontés avec ceux déjà obtenus pour MtNFP, afin de mieux comprendre les rôles de ces deux LysM-RLKs dans les interactions symbiotiques.

Programme de recherches :
Dans un premier temps, nous tenterons d’identifier le(s) domaine(s) LysM de NFBP2 indispensable(s) à l’interaction avec les LCOs. L’approche retenue consistera à échanger un à un les domaines LysM de NFP (qui ne montrent pas de liaison aux LCOs) par ceux de LYR3. Les capacités d’interaction de ces protéines chimériques avec les LCOs seront déterminées au moyen d’expériences de liaison à l’équilibre mettant en jeu un facteur Nod radioactif et des fractions membranaires préparées à partir de Nicotiana benthamiana, système d’expression hétérologue retenu pour la production de LYR3 et de ses différents variants. Dans un deuxième temps, en fonction des progrès de l’analyse structurale du domaine extracellulaire de LYR3 actuellement en cours, nous réaliserons la cartographie du site d’interaction avec les LCOs par une approche de mutagenèse dirigée.

Afin de caractériser la fonction biologique de LYR3, nous exploiterons les données transcriptomiques obtenues récemment pour les mutants Mtlyr3 traités par des signaux LCOs (Nod et Myc) avec la dernière génération de puces de M. truncatula (Nimblegen) développé suite au séquençage de génome (Young et al., 2011). L’analyse préliminaire de ces expériences suggère l’implication de MtLYR3 dans le contrôle de l’expression de plusieurs gènes. Les gènes d’intérêt seront étudiés en analysant leurs profils d’expression spatio temporel in planta par RT-PCR et au moyen de constructions promoteur:GUS ou GFP. L’analyse de leur expression sera également effectuée d’une part chez les plantes mutantes Mtnfp afin de mettre en évidence les relations éventuelles entre MtNFP et MtLYR3, et aussi chez les plantes mutantes pour un gène de signalisation symbiotique, le gène MtDMI3, afin de positionner ces gènes par rapport aux voies de signalisation intervenant en aval des récepteurs aux signaux LCOs. Les profils d’expression obtenus seront également comparés à ceux issus des données transcriptomiques disponibles dans les banques de données. En fonction des résultats de ces analyses, des tests de phénotypage supplémentaires pourraient être réalisées sur les mutants Mtlyr3.

Références citées :
Fliegmann J, Canova S, Lachaud C, Uhlenbroich S, Gasciolli V, Pichereaux C, Rossignol M, Rosenberg C, Cumener M, Pitorre D, Lefebvre B, Gough C, Samain E, Fort S, Driguez H, Vauzeilles B, Beau JM, Nurisso A, Imberty A, Cullimore J, Bono JJ. (2013). Lipo-chitooligosaccharidic symbiotic signals are recognized by the LysM receptor-like kinase LYR3 in the legume Medicago truncatula. ACS Chemical Biology DOI: 10.1021/cb400369u.
Gough, C and Jacquet, C. Nod Factor Perception protein carries weight in biotic interactions. Trends in Plant Science (in press).
Young ND, Debelle F, Oldroyd GED, et al. (2011) The Medicago genome provides insight into the evolution of rhizobial symbioses. Nature 480: 520-524