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Stage:76
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interaction Plantes-Microorganismes, UMR441-2594 INRA-CNRS, Chemin de Borde rouge, 31320 Castanet Tolosan
Equipe d'accueil : Catherine Masson (Catherine.Masson@toulouse.inra.fr, Tel. 05 61 28 54 49)
Encadrant(e)(s) : Delphine Capela (Delphine.Capela@toulouse.inra.fr, Tel. 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. La symbiose fixatrice d’azote qui s’établit entre les rhizobia et les légumineuses est un modèle de choix pour l’analyse de l’évolution des interactions plantes-microorganismes. En effet les mécanismes moléculaires qui sous-tendent cette interaction sont étudiés depuis des décennies. Toutes les études, génétiques, génomiques et phylogénétiques, indiquent que les rhizobia auraient évolué à partir du transfert horizontal de fonctions symbiotiques clé à des bactéries non symbiotiques écologiquement et phylogénétiquement variées (Masson-Boivin et al. 2009). Cependant les processus écologiques et évolutifs qui sous-tendent l’émergence et le maintien de ces symbioses sont très mal connus. Dans le but non seulement de comprendre l’histoire évolutive de ces bactéries mais également de faire du design de nouveaux rhizobia, un projet d’évolution expérimentale de la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum en symbiote de légumineuse a été initié au laboratoire (Marchetti et al. 2010). Une première étape de ce projet a consisté à transférer le plasmide symbiotique du symbiote de Mimosa, Cupriavidus taiwanensis, dans R. solanacearum, générant une bactérie chimère non nodulante et toujours pathogène. Cette chimère a ensuite été évoluée au contact de la plante hôte Mimosa pudica jusqu’à l’obtention de trois premières souches nodulantes. Ces souches ont ensuite été à leur tour évoluées par des cycles successifs de nodulation sur Mimosa pudica. 9 lignées indépendantes ont ainsi été générées à partir des trois ancêtres nodulants. 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. Néanmoins aucun clone évolué fixateur d’azote n’a été obtenu, ceci est peut être dû soit à i) la présence de mutations dans les gènes de fixation d’azote, soit ii) à un régime de sélection ou des conditions d’évolution inappropriées, soit iii) à une durée insuffisante de l’expérience d’évolution.
L’objectif du stage de M2R sera de définir les conditions expérimentales permettant l’obtention de clones fixateurs d’azote de R. solanacearum en testant notamment les deux premières hypothèses. D’une part, nous testerons la capacité à fixer l’azote des clones évolués les plus performants dans lesquels un plasmide symbiotique sauvage de C. taiwanensis aura été re-introduit. Inversement, nous testerons également la capacité à fixer l’azote du rhizobium C. taiwanensis dans lequel le plasmide symbiotique aura été remplacé par celui d’un des clones évolués. D’autre part, nous rechercherons les conditions expérimentales qui permettent de sélectionner une souche Fix+ parmi une population de souches Fix- en utilisant Mimosa pudica et C. taiwanensis comme système de référence. Pour cela, nous évaluerons le fitness relatif de souches isogéniques Fix+ et Fix- à différents temps du processus symbiotique.
A l’issue du stage de M2R, nous proposerons un sujet de thèse portant sur l’étude de l’évolution des propriétés symbiotiques (incluant éventuellement la fixation d’azote) et l’analyse des bases génétiques qui sous-tendent le processus d’adaptation.
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.