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Systèmes de sécrétion type III et différenciation bactérienne lors de la symbiose Rhizobiumlégumineuses

PHC : Utique
Codes du projet : 14G0817 -- Campus N° 30537YL
Domaine : Biologie, médecine, santé
Intitulé : Systèmes de sécrétion type III et différenciation bactérienne lors de la symbiose Rhizobiumlégumineuses
Porteur(s) : MERGAERT Peter, REJILI Mokhtar
Date de début : 01/01/2014
Date de fin : 31/12/2016

Dans les sols, les quantités d'azote assimilable par les plantes constitue un des principaux facteurs limitants de leur croissance.L'azote est cependant très abondant dans l'atmosphère mais les seuls organismes capables de l'utiliser sont les bactériesdiazotrophes qui possèdent le complexe enzymatique nitrogénase. Pour certains groupes de végétaux, l'association symbiotiqueavec ce type de bactéries leur permet d'améliorer leur nutrition azotée. Les symbioses entre les rhizobia et les légumineuses sontles mieux étudiées. Pour abriter les bactéries symbiotiques la plante développe un nouvel organe, la nodosité. Dans les nodosités,les bactéries sont internalisées dans les cellules végétales et réduisent l’azote atmosphérique en ammonium assimilable par laplante.Les rhizobia symbiotiques montrent une grande diversité, fonction du génotype végétal et de l’environnement. Dans ce projet, lesassociations symbiotiques impliquant le lupin sont considérées. Les lupins sont source naturelle d'engrais et de fourrage dequalité et participe à l'amélioration des parcours et à la fixation des sols. Les graines hautement protéiques de quelques espècessont utilisées pour la consommation humaine. Le lupin est aussi utilisé comme plante de couvert pour la stabilité du sol.L’introduction de la culture du lupin dans des zones arides et/ou marginalisées pourrait avoir un effet bénéfique sur le planagricole. Mais la qualité du rendement d’une espèce donnée de lupin dépend notamment de la formation de nodosités par dessouches indigènes de rhizobium. Les microsymbiotes de lupin ont fait l’objet de plusieurs études ce qui a permis de noter laprésence de souches autochtones de Bradyrhizobium nodulant différentes espèces de lupin. Cependant, en Tunisie, aucuneétude n’a été jusqu’à lors établie pour analyser la diversité génétique des rhizobiums indigènes associés aux lupins.La symbiose légumineuse-rhizobium constitue également un modèle attrayant pour l’étude de la signalisation entre plantes etmicrobes. La formation de nodosités requière plusieurs processus interconnectés, notamment l’organogenèse des nodosités, leurinfection par des rhizobia et la différenciation des cellules des nodosités et des endosymbiotes fixateurs d’azote, nomméesbactéroïdes.Entre les signaux important dans le contrôle de la symbiose sont les systèmes bactériens de sécrétion de type III (T3SS). CeT3SS émet dans les cellules de l'hôte des protéines effectrices et agit ainsi sur le processus de nodulation par la modulation de lavoie de signalisation de l’hôte.Les bactéroïdes ont un métabolisme spécifique, adaptés à la vie symbiotique. Leur formation est accompagnée d’unetransformation morphologique qui est imposée par la plante hôte. Selon la plante, trois différents morphotypes des bactéroïdes ontété décrits: les bactéroïdes allongées (ou encore E-morphotype); les bactéroïdes sphérique (S-morphotype) et les bactéroïdesnon modifiés (U-morphotype). Une question centrale de ce projet est la compréhension des conséquences physiologiques de ladifférenciation morphologique des bactéroïdes, d’identifier le fondement moléculaire de la performance symbiotique supérieureobservée chez les morphotypes E et S par rapport aux morphotypes U. Ces questions seront adressées en utilisant les couplessymbiotiques Aeschynomene- Glycine max/Bradyrhizobium.

Objectifs

Objectifs: - Evaluer la diversité génétique des isolats rhizobiens nodulant Lupinus sp par analyse deSéquences Multi Locus (MLSA) de gènes de ménage et de gènes symbiotiques.- Etude des mécanismes moléculaires de la spécificité d’hôte par la recherche du gèneconservé T3SS au niveau des rhizobia nodulant Lupinus sp;- Analyser les mécanismes impliqués dans la différenciation et le fonctionnement des cellulessymbiotique des nodosités et les bactéroïdes du lupin en utilisant comme modèle les couplessymbiotiques Aeschynomene-Bradyrhizobium-Glycine max ;- Déterminer le rôle symbiotique du gène bclA de Bradyrhizobium, endosymbioted’Aeschynomene et du soja ;- Analyse transcriptomique, protéomique et métabolique des bactéroïdes associés auxnodosités racinaires des Aeschynomene/ soja (E –S et U morphotypes) ;- Evaluer l’efficience symbiotique des différents types de bactéroïdes (E –S et Umorphotypes).Outre l’aspect scientifique, le projet a de nombreux autres objectifs dont notamment de :- Consolider et développer la collaboration entre le CNRS et l’unité de recherche à GabèsTunisie,- Participer en commun à la formation d’étudiants et de jeunes chercheurs des universités deGabès, dont une thésarde.

Résultats

Dans un premier volet du travail des prospections et des collectes de nodules chez troisespèces de lupin ont été effectuées dans 13 sites géographiques couvrant différentes régionsde la Tunisie. Les nodosités prélevées sur les différentes plantes ont servi à l’isolement directdes bactéries symbiotiques. Une large collection de bactéries nodulant le lupin a été ainsiconstituée. Cette collection sert de base pour la caractérisation génotypique des isolatsbactériens.Un premier travail de caractérisation génotypique de cette collection a été entamé paramplification des gènes de ménage (recA, glnII) et symbiotique (nod C).L’amplification et le séquençage du gène RecA ont montré que les rhizobiums isolés à partirdes nodules de Lupins sp sont phylogénétiquement diversifiées. Deux souches sont affiliées à Ensifer meliloti, 22 souches à Rhizobium sp, une souche à Achromobacter et cinq souchessont affiliées à Burkholderia sp.La phylogénie du gène symbiotique nodC a montré que les sept symbiotes du Lupin sont liésà Rhizobium leguminosarum (06 souches) et à Bradyrhizobium (Une seule souche).Un test de nodulation est en cours de réalisation avec les isolats associés avec le genreRhizobium. Les résultats sont en cours.La caractérisation moléculaire est poursuivie par PCR-RFLP en utilisant le gène codant pourl’ADNr 16S en utilisant des amorces appropriées, lors du stage actuellement en cours par ledoctorant Abdelhakim Msaddak.Dans un autre volet du travail mené dans le cadre du projet des actions ont été menées surl’étude des mécanismes de la différenciation des bactéroides chez Aeschynomene en se basanten premier lieu sur l’étude de l’implication du gène bclA dans la survie des bactéroïdes ausein des nodosités. Ainsi, deux mutants de délétion du gène bclA chez deux souches deBradyrhizobium ORS285 et USDA110 ont été réalisée.En effet, les phénotypes symbiotiques du mutant ORS285∆bclA (la structure des nodosités, ladifférenciation des bactéroïdes et la fonctionnalité de nodosités) ont été analysés sur lesplantes hôtes A. indica et A. evenia (bactéroïdes du morphotype S) et A. afraspera(bactéroïdes du morphotype E). Dans les différents systèmes symbiotiques testés, desnodosités non-fonctionnelles ont été formées. Cependant, les cellules de ces nodosités sontinfectées normalement par les bactéries, mais celles-ci ne se différencient pas en bactéroïdesallongées ou sphériques et restent inchangées et meurent ensuite rapidement.En plus le gène bclA de Bradyrhizobium peut complémenter le phénotype symbiotique dugène bacA chez S. meliloti avec une restauration de la différenciation des bactéroïdes dans lesnodosités de Medicago, bien que cette complémentation n'est que partielle et insuffisante pourrestaurer la capacité de la souche à fixer l'azote.Le gène bacA chez Sinorhizobium fredii, Mesorhizobium loti ou Rhizobium leguminosarumbv. phaseoli n'est pas nécessaire pour la formation de bactéroïdes du morphotype U. l’étudede la nécessité du gène bclA de Bradyrhizobium a été testé en cas de formation de bactéroïdesdu morphotype U. B. japonicum USDA110 induit des nodosités fonctionnelle chez le soja etaussi chez A. afraspera. Chez le soja les bactéroïdes sont du morphotype U tandis que chez A.afraspera les bactéroïdes sont très légèrement allongées et ne sont quasiment pas polyploïdes(3C). Cette dernière observation était inattendue, vu la production des NCRs par A. afraspera.Effectivement, des analyses par qPCR ont montré que dans les nodosités d’A. afrasperainfectées par USDA110, les gènes NCRs sont normalement exprimés.L’analyse des phénotypes symbiotiques du mutant B. japonicum USDA110∆bclA chez A.afraspera et le soja a montré que le gène bclA de B. japonicum n'est pas nécessaire pour laformation de bactéroïdes non différenciées. Le contenu en ADN des bactéroïdes est alors trèssimilaire à celui des bactéries en culture.

Informations supplémentaires

Un retard a été enregistré dans le déblocage du financement accordé au projet pour sapremière année. Ceci a engendré des perturbations particulièrement dans le programme ledéroulement de mobilités prévues dans le projet.Malgré ce retard les étapes du travail envisagés dans le cadre du projet, pour l’année2014, ont été réalisées selon le plan prévu.

CNRS - UPR 2355

Partenaire français
Gif sur Yvette
http://www.dr4.cnrs.fr/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Institut des Sciences du Végétal ISV


Responsable(s)
Peter MERGAERT - Laboratoire ISV - Gif sur Yvette - Tél : 0169823790 - Email : peter.mergaert@isv.cnrs-gif.fr

Faculté des sciences de Gabès/Université de Gabès

Partenaire tunisien
Zrig Gabès
http://www.fsg.rnu.tn/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Biodiversité et Valorisation des Bioressources enZones Arides BVBZA


Responsable(s)
Mokhtar REJILI - Laboratoire BVBZA - Zrig Gabès - Tél : 0021675392600 - Email : rejili_mokhtar@yahoo.fr

Bacteroid differentiation in Aeschynomene

Cotutelle - These - En cours
Par : Ibtissem GUEFRACHI
Début de thèse : 01/01/2014
Présenté le : 01/01/2018
A : En cours
Co-directeurs :
  • MAEGERT Peter
  • CNRS - UPR 2355, Gif sur Yvette
  • MARS Mohamed
  • Faculté des Sciences de Gabès, Gabès

Publications

    Conférences et séminaires

    NR

    NR
    NR
    A : NR
    Du : 01/01/2015
    Au : 01/01/2015
    Participants :
    NR

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    PHC 01