Voies de signalisation contrôlant le développement du système racinaire des légumineuses

Équipe SILEG / Florian Frugier

La croissance et le développement racinaires sont régulés par l’action de signaux externes (d’origine biotiques et abiotiques) relayés par des signaux internes (i.e. phytohormones). Chez les légumineuses, l’architecture du système racinaire est déterminée par sa capacité à former des racines latérales en fonction des conditions environnementales (disponibilité en nutriments, présence de stress abiotique ou de pathogènes) mais aussi un autre type d’organe se développant sur les racines : les nodosités fixatrices d’azote. Ces dernières se forment lors d’une carence en azote et en présence de bactéries symbiotiques collectivement nommées « Rhizobia » capables d’utiliser le diazote de l’air et de le rendre assimilable par les plantes.

Nous avons identifié par des approches de génétique inverse ou directe des signaux affectant l’architecture du système racinaire de la légumineuse modèle Medicago truncatula  :

• Les phytohormones cytokinines, auxines et gibbérellines sont essentielles pour le développement des nodosités fixatrices d’azote et des racines. Ainsi, le récepteur des cytokinines CRE1 (« cytokinin response 1 ») est un régulateur majeur de la mise en place de ces organes, requis pour permettre la régulation du transport polarisé d’auxine en réponse aux Rhizobia ; et les protéines DELLA associées à la signalisation des gibbérellines sont nécessaires pour l’infection par les Rhizobia.

• Des peptides perçus par des récepteurs de type Leucine Rich Repeats – Receptor Like Kinase (LRR-RLK). Ainsi, le récepteur CRA2 (« compact root architecture 2 ») est impliqué dans la perception de peptides de type CEP (" C-terminal encoded peptides") pour réguler de manière antagoniste le nombre de nodosités symbiotiques et de racines latérales. Ces régulations impliquent un contrôle local ou systémique (à longue distance) médié par cette voie de signalisation.

Enfin, nous avons montré que ces signaux / voies de signalisation permettent d’ adapter l’architecture du système racinaire aux conditions environnementales, tels que la présence d’un stress abiotique (stress salin, sécheresse) ou de pathogènes racinaires.