Stage:7

From Master 2 Recherche Biosciences Végétales

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Signalisation par l’AMPc dans la symbiose rhizobium-légumineuses: caractérisation d’un signal végétal contrôlant l’infection de Medicago par Sinorhizobium meliloti.

Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes (LIPM) CNRS-INRA BP 52627 )
Equipe d'accueil : Fonctions symbiotiques, génome et évolution des rhizobia
Encadrant(e)(s) : Jacques BATUT jacques.batut@toulose.inra.fr tel 05 61 28 60 54 Anne-Marie GARNERONE garneron@toulouse.inra.fr , tel 05 61 28 50 46

Les rhizobium sont des bactéries du sol appartenant aux ?- et ?-protéobactéries capables d noduler et fixer l’azote atmosphérique en symbiose avec des plantes de la famille des légumineuses. Il s‘agit d’une des symbioses racinaires les plus importantes du point de vue écologique et agronomique. Notre groupe s’intéresse aux fonctions symbiotiques des rhizobia et un de nos systèmes d’étude est le couple modèle Sinorhizobium. meliloti/Medicago.
L’établissement de la symbiose entre les deux partenaires fait intervenir des étapes successives de différenciation des deux partenaires dont la coordination est assurée par un échange de signaux moléculaires. Nous avons mis récemment en évidence un nouvel élément de communication entre les deux partenaires symbiotiques, impliqué dans le contrôle de l’infection de la plante hôte. Il fait intervenir chez S. meliloti une voie de signalisation originale impliquant des adénylate cyclases, enzymes synthétisant de l’AMPc. Nous avons montré que une ou plusieurs de trois adénylate cyclases homologues synthétisent de l’AMPc dans les jeunes nodules en réponse à un signal végétal de nature inconnue. L’inactivation de cette voie de transduction conduit à une dérégulation du processus infectieux. L’objectif général du stage de M2R est de contribuer à la caractérisation de ce signal végétal et de son mode de perception.

Objectifs du projet

1. Identification et biosynthèse du signal :
- La purification du signal par des approches biochimiques à partir de plants de Medicago sativa est entreprise en collaboration avec une chimiste, Dr V. Poinsot à l’UPS-CNRS. La contribution de l’étudiant en M2R consistera à tester dans un système biologique rapporteur (induction par le signal d’une fusion traductionnelle entre le gène cible smc02178 et un gène rapporteur) les fractions au cours des différentes étapes de purification.
- L’abondance du signal sera mesurée dans les différents organes (racine, partie aérienne, éventuellement nodule) de la plante inoculée et non-inoculée. L’impact éventuel de différentes mutations symbiotiques de S. meliloti (nod exo bacA lps fixJ) et de M. truncatula (mutants Nod- et hyper nodulants) sera étudié.
- Le signal a été détecté d’une part dans les nodules induits par la souche sauvage et d’autre part dans les parties aériennes (tiges et feuilles) de plantes inoculées ou non–inoculées. Cette observation pose la question du lieu de biosynthèse du signal. Nous chercherons à préciser si le signal est synthétisé in situ dans les nodules ou s’il est transporté depuis les parties aériennes vers les nodules.

2. Mode de perception du signal
Le deuxième volet du travail consistera à préciser le mode de perception du signal par la bactérie.
- La première étape consistera à préciser génétiquement la contribution respective de chacune des trois cyclases homologues CyaD1, CyaD2 et CyaK dans la perception du signal.
- Ces adénylate Cyclases sont constituées d’un domaine extracellulaire de type Chase2, de trois domaines transmembranaires qui ancrent la protéine dans la membrane interne et d’un domaine catalytique cytoplasmique. Nous avons la preuve génétique que le domaine chase 2 est impliqué dans la perception du signal. L’étudiant en M2R recherchera si le domaine chase2 est suffisant à la perception du signal plante ou si, au contraire, une autre protéine(s) de S. meliloti est requise. Pour trancher entre ces deux hypothèses les adénylate cyclase et des partenaires candidats seront introduits chez l’hôte hétérologue E. coli et l’activité Adenylate cyclase mesurée in vivo en l’absence et en présence du signal végétal purifié.

Publications récentes de l’équipe
• Amadou C., Pascal G., Mangenot S., Glew M., Bontemps C., Capela D., Carrère S., Cruveiller S., Dossat C., Lajus A., Marchetti M., Poinsot V., Rouy Z., Servin B., Saad M., Schenowitz C., Barbe V., Batut J., Médigue C., and Masson-Boivin C. (2008). Genome sequence of the beta-rhizobium Cupriavidus taiwanensis and comparative genomics of rhizobia. Genome Res. 18:1472-83
• Masson-Boivin C., Giraud E., Perret X. and Batut J. Establishing nitrogen-fixing symbiosis with legumes: how many rhizobium recipes? Trends in Microbiology, in press
• Becker A., Barnett M.J., Capela D., Dondrup M., Kamp P.B., Krol E., Linke B., Rüberg S., Runte K., Schroeder B.K., Weidner S., Yurgel S.N., Batut J., Long S.R., Pühler A., and Goesmann A. (2009). A portal for rhizobial genomes: RhizoGATE integrates a Sinorhizobium meliloti genome annotation update with postgenome data. J. Biotechnol.. 140:45-50.
• Tian, C.F., Masson-Boivin C., Batut J. and Garnerone A.M. Symbiotic cAMP-signalling in Sinorhizobium meliloti, en préparation