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Thèse de doctorat

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Titre

Cyclic-AMP signalling in Sinorhizobium meliloti and its role in the control of infection during symbiosis with Medicago

Auteur

Mathieu-Demazière, Céline

Directeur de thèse

Batut, Jacques

Date de soutenance

2014-01-31

Établissement de soutenance

Université de Toulouse

Université Toulouse III - Paul Sabatier

École doctorale

Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (SEVAB)

Structure de recherche

Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM)

Discipline

Microbiologie

Sujet

Sciences du vivant

Mots-clés en français

Sinorhizobium meliloti

Medicago

Symbiose

Infection

Adénylate cyclase

AMPc

Clr

Phosphodiesterase

Résumé en français

La légumineuse Medicago sativa établit une symbiose fixatrice d'azote avec la bactérie Sinorhizobium meliloti impliquant la formation d'un organe spécialisé, le nodule, au niveau de la racine de la plante hôte. La formation de nodules fait intervenir un programme complexe de développement impliquant le processus d'organogenèse du nodule, l'infection intracellulaire des cellules de ce dernier, ainsi que des mécanismes de différenciation croisée des deux partenaires. Afin que la symbiose garde son caractère mutualiste, il est nécessaire qu'elle soit régulée négativement. Ainsi la nodulation est contrôlée de manière négative par Medicago via en particulier une boucle de régulation appelée AON. Pour éviter une surinfection racinaire, l'infection est également contrôlée de manière négative. Jusqu'à maintenant, on pensait que seule la plante jouait un rôle dans le contrôle négatif de l'infection. Dans le cadre de ma thèse, nous avons mis en évidence que la bactérie S. meliloti intervenait également dans ce processus. En effet, nous avons montré que trois adénylate cyclases (ACs)bactériennes de type récepteur, CyaD1, CyaD2, et CyaK, participent au contrôle du processus infectieux en réponse à un signal de nature inconnue. En réponse à ce signal, les trois ACs synthétisent de l'AMPc qui, via le régulateur Clr (CRP-like regulator), active un gène cible, le gène smc02178 dont le rôle est encore inconnu. La mutation des composants de la cascade conduit à un phénotype hyper-infectieux sur les racines de M. sativa. Mes travaux de thèse ont porté sur la caractérisation du signal perçu par les cyclases, sa biosynthèse et l'étude de son mode de perception par CyaK. Nous avons montré que le signal perçu par les trois cyclases est de nature végétale. Ce signal est présent dans les parties aériennes et dans les nodules de M. sativa, ainsi que chez un grand nombre d'espèces végétales y compris non légumineuses. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à une phosphodiesterase (PDE), la proteine SpdA (SMc02179), susceptible d'être impliqué dans la régulation du taux d'AMPc présent dans la bactérie. L'étude de la régulation du gène smc02179 codant la PDE a montré que le gène smc02179 est exprimé en symbiose dès le stade précoce de l'infection. Nous avons également caractérisé de manière fonctionnelle la protéine SpdA in vivo et in vitro et étudié son rôle dans la cascade de signalisation.

Résumé en anglais

The leguminous plant Medicago sativa (Alfalfa) can enter a symbiosis with a nitrogen-fixing bacterium called Sinorhizobium meliloti. S. meliloti elicits on M. sativa roots the formation of specialized organs called nodules that behave as miniature nitrogen-fixing factories in which fixed nitrogen is provided to the plant, in proportion of its needs. Extensive work on the model Medicago truncatula/S. meliloti has revealed a great deal of the genetic pathway involved in Nod Factor (NF) perception and signal transduction pathway leading to coordinated nodule organogenesis and controlled bacterial infection. The negative control of nodulation and infection is nowadays a very active area of research. Such a negative control is physiologically essential as excessive nodulation and/or bacterial infection would be detrimental to the symbiosis and to plant health. So far only plant (Medicago and Lotus) mutants have been identified that are affected for the control of infection. As part of my PhD thesis, we have shown that the bacterium S. meliloti is also involved in this process. Indeed, we have shown that three receptor-type bacterial adenylate cyclases (ACs) CyaD1, CyaD2 and CyaK, participate in the control of the infectious process in response to an unknown signal. In response to this signal, the three ACs synthesize cAMP which, via the regulator Clr (CRP -like regulator), activates a target gene, the gene smc02178 whose role is still unknown. The mutation of cascade components leads to a hyper-infectious phenotype on M. sativa roots. My PhD work focused on the characterization of signal perception mechanisms by the cyclases, its biosynthesis and the study of its perception by CyaK. We have shown that the signal perceived by the three cyclases is a plant signal. This signal is present in shoots and in nodules of M. sativa, and in a large number of plant species including non-legumes. In a second step, we were interested in a phosphodiesterase (PDE), the protein SpdA (SMc02179), potentially involved in the regulation of cAMP levels in S. meliloti. The study of the smc02179 regulation showed that the gene is expressed in symbiosis from the early stage of infection. We have thus functionally characterized the SpdA protein in vivo and in vitro and studied its role in the signalling cascade.

Numéro national de thèse

2014TOU30006

Date de publication

2014-11-03T10:22:27