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Stage:156
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes UMR CNRS-INRA 2594/441, BP52627, 31326 Castanet-Tolosan
Equipe d'accueil : Signaux symbiotiques et leur perception/transduction (Clare Gough/Julie Cullimore)
Encadrant(e)(s) : Clare Gough (Clare.Gough@toulouse.inra.fr)
Les mycorhizes à arbuscules (AM) sont des endosymbioses racinaires associant les plantes à des champignons de l’ordre des Glomales. C’est la symbiose végétale la plus répandue, améliorant l’utilisation par les plantes des ressources hydriques et minérales du sol. Récemment, l’équipe a participé à la purification et la caractérisation des signaux symbiotiques sécrétés par le champignon AM Glomus intraradices (Maillet et al. 2011 Nature). Ces « facteurs Myc » sont des lipo-chitooligosaccharides (LCOs) qui stimulent le développement racinaire et la mycorhization de diverses espèces végétales. Les plantes de la famille des Légumineuses s’établissement également la symbiose fixatrice d’azote avec les bactéries du sol appelés Rhizobium, et les Rhizobium produisent également des signaux symbiotiques de nature lipo-chitooligosaccharidique, les « facteurs Nod ». Ces signaux contrôlent la spécificité d’hôte et sont nécessaires à la fois au développement des nodosités et à leur colonisation par les Rhizobium.
Chez Medicago truncatula, deux protéines sont impliquées dans la perception des facteurs Nod. Ces protéines, appelées MtNFP et MtLYK3, appartient à la famille des récepteurs kinase à domaines LysM (LysM-RLKs) (Gough and Cullimore 2011; Gough and Jacquet 2013). Récemment, nous avons identifié un autre LysM-RLK, MtLYR3, qui, contrairement à MtNFP et MtLYK3, présente une affinité élevée pour les LCOs (Fliegmann et al. 2013). En plus, nous avons identifié 20 autres gènes codant des LysM-RLKs chez M. truncatula (Arrighi et al. 2006; Gough and Jacquet 2013), et nos données préliminaires suggèrent que certain de ces gènes ont aussi des rôles symbiotiques.
L’objectif du stage est de mieux caractériser des nouveaux gènes LysM-RLK candidats pour être impliqué dans les interactions symbiotiques, Nod et Myc. Notamment, en plus des LysM-RLKs qui actent comme récepteurs aux facteurs Nod, nous aimerions identifier le ou les gènes de M. truncatula qui coderaient un récepteur aux facteurs Myc.
Basé sur les profiles d’expression et l’analyse de phylogénie entre les protéines de M. truncatula et celles d’autres plantes, nous avons sélectionné des gènes qui nous semblent les meilleurs candidats pour être impliqué dans la nodulation ou la mycorhization. Pour ces gènes nous avons obtenus des mutants par TILLING ou par criblage d’une banque d’insertions du rétrotransposon Tnt1 en collaboration avec le Noble Foundation, USA. Les mutants Tnt1 sont particulièrement intéressant puisqu’ils devraient être « knock-out » pour le gène d’intérêt, et nous devrions par conséquence observer des phénotypes clairs. Les mutants sont aux différents stades de caractérisation génétique (sélection de lignées homozygotes et backcross) et phénotypique (taux de nodulation par les Rhizobium, taux de colonisation par des champignons mycorhiziens, réponses calciques aux facteurs Nod et aux facteurs Myc). Ainsi, l’étudiant(e) participerait à ces différents aspects de caractérisation pour mieux caractériser ces mutants au niveau génétique et confirmer les phénotypes symbiotiques. Le travail continuerait dans le cadre d’une thèse par des études plus détaillées du ou des meilleurs gènes candidats pour coder un récepteur aux facteurs Myc. Par exemple, par l’analyse de l’expression spatio-temporel des gènes et par une approche transcriptomique dans les fonds mutants. Si un récepteur putatif aux facteurs Myc était identifié, la voie serait ouverte également aux analyses de docking in silico et de binding avec les facteurs Myc, ainsi qu’à l’étude de l’association éventuelle de ce récepteur à la voie symbiotique en regardant les interactions protéine-protéine potentielles et par la caractérisation de doubles mutants. Il serait également possible d’étudier les bases moléculaires de la faible spécificité d hôte qui existe dans la symbiose mycorhizienne.
Références
Arrighi JF, Barre A., Ben Amor B, Bersoult A., Campos Soriano L, Mirabella R, de Carvalho-Niebel F, Journet EP, Ghérardi M, Huguet T, Geurts R, Dénarié J, Rougé P and Gough C. (2006). The Medicago truncatula LysM-receptor kinase gene family includes NFP and new nodule-expressed genes. Plant Physiol. 142:265-279.
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, J.-M., Nurisso, A., Imberty, A., Cullimore, J., and Bono, J.-J. (2013) Lipo-chitooligosaccharidic symbiotic signals are recognized by LysM Receptor-Like Kinase LYR3 in the legume Medicago truncatula. ACS Chem Biol 8, 1900-1906
Gough, C. and Cullimore, J. (2011). Lipo-chitooligosaccharide signalling in endosymbiotic plant-microbe interactions. MPMI 24:867-878.
Gough, C., and Jacquet, C. (2013) Nod factor perception protein carries weight in biotic interactions. Trends Plant Sci 18, 566-574
Maillet F, Poinsot V, André O, Puech-Pagès V, Haouy A., Gueunier M, Cromer L, Giraudet D, Formey D, Niebel A., Andres Martinez E, Driguez H, Bécard G and Dénarié J. (2011). Fungal lipochitooligosaccharide symbiotic signals in arbuscular mycorrhiza. Nature 469:58-63.