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Thèse de doctorat

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Titre

Mécanisme de l'autorégulation de l'infection secondaire dans la symbiose S. meliloti-Medicago

Auteur

Zou, Lan

Directeur de thèse

Batut, Jacques

Date de soutenance

2019-09-24

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-Microorganismes (LIPM), UMR 2594

Discipline

Interactions plantes-microorganismes

Sujet

Biotechnologies, agronomie

Mots-clés en français

Infection

Sinorhizobium meliloti

Autorégulation

Medicago

Symbiose

AMPc

Résumé en français

L'interaction symbiotique entre les rhizobia et les légumineuses repose sur un réseau complexe de boucles de régulation et d'échange de signaux entre les partenaires. Dans le système modèle S.meliloti-Medicago, la nodulation et l'infection bactérienne sont induits par les NFs et des exopolysaccharides de surface bactériens. Lorsque la nodulation est établie, la plante autorégule le nombre de nodosités en activant une boucle de régulation systémique appelée AON. Des mutants de plante déficients pour l'AON sont hypernodulants. Des mutants de plantes présentant un phénotype hyperinfecteux ont été décrits mais ils présentaient également un défaut de nodulation. L'existence d'une autorégulation spécifique de l'infection est donc restée jusqu'ici controversée. Nous décrivons ici une nouvelle boucle de régulation appelée AOI qui régule le nombre d'évènements d'infection secondaire, c'est-à-dire la formation de cordons d'nfection (ITs) sur des plantes déjà nodulées. Nous montrons que l'AOI n'impacte ni la nodulation, ni l'AON ni la fixation de l'azote. Contrairement à l'AON qui est sous le seul contrôle de la plante, l'AOI est également génétiquement contrôlée par la bactérie. Au cours de l'AOI, deux signaux végétaux inconnus 1 et 1' synthétisés au cours du développement du nodule sont perçus par le récepteur NsrA localisé dans la membrane externe des bactéroïdes. En réponse à ces signaux, NsrA active trois adénylate cyclases situées dans la membrane interne induisant la production d'AMPc. Celui-ci, combiné au régulateur transcriptionnel Clr, induit l'expression de gènes bactériens cibles (eg smc02178, smc02177 et smb20495), conduisant à la production d'un signal 2 bactérien. Le signal 2 induit à son tour la production d'éthylène par la plante qui inhibe l'infection secondaire en diminuant la sensibilité de la racine aux NFS. L'implication des bactéries endosymbiotiques dans l'AOI permet vraisemblablement d'assujettir l'AOI à une infection réussie des nodosités. Les résultats de l'équipe suggèrent que le signal 1 est une protéine de haut poids moléculaire. D'après nos résultats, le signal 2 serait un polysaccharide de surface, probablement de type LPS. L'éthylène (signal3) déjà connu pour son rôle régulateur de l'infection primaire aux stades précoces de l'interaction inhibe donc également l'infection secondaire à des stades tardifs de l'interaction. L'AOI est donc une nouvelle boucle de régulation impliquant une combinaison de nouveaux et ancien signaux.

Résumé en anglais

The symbiotic interactions between rhizobia and legumes involve complicated regulatory loops and signals exchanges. In the S.meliloti-Medicago symbiosis, nodulation and bacterial infection rely on bacterial NFs and surface polysaccharides EPS. After successful nodulation has occurred, plant autoregulates nodule number by a well-known systemic regulatory mechanism called AON. Plant mutants defective in AON display a hypernodulation phenotype. Some plant mutants display a hyperinfection phenotype yet associated with defects in nodulation or nitrogen fixation ability. Whether ITs formation is also autoregulated independently of nodulation has remained so far unclear. Here we describe a new regulatory pathway that negatively controls secondary infection, ie ITs formation on already nodulated plants at late symbiotic stages (7-14 dpi) in the S.meliloti-Medicago symbiosis. This pathway was called AOI. We show that AOI controls ITs formation without impacting nodulation nor nitrogen fixation. Contrary to AON which is only under plant control, AOI is under both plant and bacteria control. In AOI, unknown plant signals 1 and 1' synthesized during nodule organogenesis are perceived by endosymbiotic bacteria through an outer membrane protein NsrA. NsrA transduces the signals to three receptor-like adenylate cyclases, namely, CyaD1, CyaD2 and CyaK to produce cAMP. cAMP together with the transcriptional regulator Clr drives the expression of target genes, such as smc02178, smc02177 and smb20495, leading to the production of signal 2. Signal 2 then induces the production of ethylene by the plant, which further inhibits secondary infection by decreasing the root susceptibility to NFs. The implication of endosymbiotic bacteria ensures that AOI inhibits ITs formation after successful infection of nodules has occurred. Plant signal 1 has been proved by the group to be a big protein which may act as a new signal in the concert of symbiosis. Signal 2 may be a new surface (lipo)polysaccharide. Signal 3, ethylene, in addition to its well-known role in controlling primary infection at early symbiotic stages, plays a new role in controlling secondary infection at late stages in AOI. Thus, AOI is a new regulatory loop involving new signals.

Numéro national de thèse

2019TOU30108

Date de publication

2020-01-17T11:52:17