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Stage:133
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : LIPM
Equipe d'accueil : Catherine Masson
Encadrant(e)(s) : Delphine Capela (Delphine.Capela@toulouse.inra.fr - 05 61 28 54 54)
Les plantes de la famille des légumineuses et les bactéries du sol appelées rhizobia forment une symbiose d’importance écologique majeure, qui se traduit par la formation de nodules racinaires, dans lesquels les bactéries internalisées fixent l’azote de l’air au bénéfice de la plante. Les rhizobia n’appartiennent pas à un groupe taxonomique homogène mais sont dispersés dans différents genres parfois très éloignés au sein des alpha- et béta-protéobactéries. Le transfert horizontal de quelques gènes symbiotiques clé (gènes nod et nif) a clairement joué un rôle essentiel dans l’évolution des rhizobia (Masson-Boivin et al., 2009). Cependant les mécanismes d’adaptation qui permettent à une bactérie ayant acquis les gènes nod et nif de s’adapter à son nouvel environnement (la légumineuse-hôte) sont très mal connus. Ce sont ces étapes que nous avons voulu étudier par une approche d’évolution expérimentale dans laquelle le plasmide symbiotique du rhizobium de Mimosa, Cupriavidus taiwanensis, a été introduit dans la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum, mimant un évènement de transfert latéral (Marchetti et al., 2010). La bactérie obtenue a ensuite été co-cultivée avec la plante hôte du rhizobium donneur, Mimosa pudica, jusqu’à l’obtention de souches capables de noduler. Ces premières souches nodulantes ont ensuite été soumises à des cycles successifs de nodulation sur M. Pudica. L’analyse phénotypique des clones évolués après 16 cycles de nodulation montre que l’évolution est très rapide et prononcée. Les premières étapes symbiotiques (compétitivité, nodulation et infection) ont été activées et/ou améliorées de façon spectaculaire dans toutes les lignées évoluées en parallèle (Guan et al., 2013).
L’objectif du stage sera de contribuer à analyser les mécanismes moléculaires de l’adaptation de R. solanacearum à la symbiose en comparant, d’une part, les profils métaboliques et, d’autre part, les profils d’expression dans différentes conditions des clones évolués et de leur ancêtre. Les profils métaboliques seront établis à l’aide du système de phenotype microarrays (Biolog) disponible au laboratoire. Les convergences dans les propriétés cataboliques des clones évolués seront recherchées et leurs liens avec l’amélioration de la symbiose seront étudiés. Les changements métaboliques sont en effet certainement au centre du processus d’adaptation à la symbiose car de nombreux métabolites sont échangés entre les deux partenaires tout au long du processus symbiotique. Les profils d’expression seront déterminés à l’aide de puces NimbleGen également disponibles au laboratoire. Les conditions de culture étudiées seront choisies pour leur pertinence vis-à-vis de la symbiose ou sur la base des résultats obtenus avec l’analyse du métabolisme des clones évolués.
A l’issue du stage de M2R, nous proposerons un sujet de thèse portant sur l’utilisation d’approches globales pour analyser le processus d’adaptation à la symbiose.
Masson-Boivin C, Giraud E, Perret X, Batut J. (2009) Establishing nitrogen-fixing symbiosis with legumes: how many rhizobium recipes? Trends in Microbiology 17: 458-466.
Marchetti M, Capela D, Glew M, Cruveiller S, Chane-Woon-Ming B, et al. (2010) Experimental Evolution of a Plant Pathogen into a Legume Symbiont. Plos Biology 8.
Guan SH, Gris C, Cruveiller S, Pouzet C, Tasse L, Leur A, Maillard A, Medigue C, Batut J, Masson-Boivin C and C Capela. (2013) Experimental evolution of nodule intracellular infection in legume symbionts. The ISME Journal doi:10.1038/ismej.2013.24.