See this page in english

Symbiose et immunité

Équipe GenetSYM / Pascal Ratet

 

Caractérisation de mutants symbiotiques affectés dans l’immunité

DNF2 est nécessaire à la survie des bactéries dans les nodosités (Bourcy et al., 2013b ; Berrabah et al., 2014a)

Nous avons identifié et caractérisé le gène DNF2 qui code pour une protéine de type phosphatidylinositol -phospholipase C à domaine X. Les plantes mutantes dnf2 développent des nodosités qui sont correctement envahies par les rhizobia pendant les premières étapes de la symbiose mais dans lesquelles le processus symbiotique s'interrompt dès que les bactéries sont libérées dans les cellules végétales. Cet arrêt du processus symbiotique s'accompagne de réactions de défense dans les nodosités et de la nécrose des nodosités, qui ne sont alors plus capables de fixer l’azote (nodosités fix-) Figure 3. Le phénotype de ce mutant dnf2 révèle un nouvel aspect de l'interaction symbiotique impliquant un contrôle des défenses de la plante dans les étapes tardives de la symbiose (figure 4). DNF2 interviendrait ainsi dans un processus actif de répression de l’immunité des cellules végétales au sein des nodosités pour permettre la mise en place et la survie des symbiosomes.

 

SymCRK est nécessaire à la répression de l'immunité (Berrabah et al., 2014b ; Berrabah et al., 2018b) 

Le gène SymCRK a été isolé car il présente un profil transcriptionnel très similaire à celui du gène DNF2, suggérant une possible co-régulation et une fonction proche codée par ces deux gènes. Le gène SymCRK code pour un récepteur de type RLK (receptor-like kinase). Les nodosités du mutant symCRK ont un phénotype similaire à celui de la dnf2, avec des nodosités nécrotiques fix- (figure 3). Nos travaux montrent que SymCRK est nécessaire pour supprimer les réactions de défense dans les nodosités, notamment en inhibant la voie de signalisation de l'éthylène, une phytohormone  majeure de l’immunité (Berrabah et al., 2018b) (figure 4).


Figure 3. Aspects des nodosités de M. truncatula sauvage (WT), mutantes dnf2 et symCRK. Panneau supérieur : Les photos montrent les nodosités WT, dnf2 et symCRK 4 semaines après inoculation de Sinorhizobium meliloti 2011. La plante WT présente des nodules roses fonctionnelles tandis que les nodosités des mutants dnf2 et symCRK sont nécrotiques. Panneau central : coupes longitudinales des nodules WT, dnf2 et symCRK montrant les ultrastructures de nodosités. Les nodosités dnf2 et symCRK présentent une zone III réduite (zone d'infection) et une zone IV de sénescence accrue. Panneau inférieur : Marquage par fluorescence des bactéries dans une cellule de la zone III. Structures fluorescentes vertes : bactéroïdes vivants ; structures rouges : bactéroïdes morts. Adapté de Bourcy et al (2013a et 2013b).

 

L’utilisation de ces deux lignées mutantes de M. truncatula en combinaison avec des mutants du rhizobium, nous a permis de montrer que l’infection chronique par rhizobium est contrôlée à de multiples étapes pendant la symbiose (Berrabah et al., 2015 ; figure 4).

Dans le but de compléter ce modèle (figure 4), d’autres mutants de M. truncatula, présentant également des nodosités nécrotiques, (similaires à ceux décrit dans la littérature par d’autres équipes de recherche : Pislariu et al., 2012 ; Domonkos et al., 2017) ont été identifiés au laboratoire. Nous caractérisons actuellement ces mutants qui nous permettront certainement de découvrir de nouveaux acteurs de l’immunité ou de son contrôle lors de la mise en place de la symbiose.


Figure 4. Modèle présentant le contrôle de l’immunité au cours de la mise en place de la symbiose pour permettre l’infection chronique des cellules de nodosité par les rhizobia, leur survie dans les cellules pour la fixation de l’azote. La mort bactérienne est évitée par de multiples acteurs agissant successivement. DNF2 est le premier acteur identifié, qui intervient en réprimant la réponse immunitaire après l’internalisation des bactéries dans les cellules. Son action est déterminée par les conditions environnementales qui influencent le développement de réactions de défense ou de sénescence dans les nodosités. Après DNF2, le gène bactérien bacA prévient la mort bactérienne déclenchée par les peptides NCR. Ensuite, SymCRK prévient les réactions de défense qui peuvent être déclenchées par une invasion intracellulaire massive ou l'initiation de la différenciation des bactéries en bactéroïdes. Enfin, la fixation de l'azote est nécessaire pour prévenir la mort des bactéroïdes. La sénescence des nodosités implique l'activation d'acteurs moléculaires, comme les gènes codant des protéases à cystéines, associés à la dégradation cellulaire. Certains membres de cette famille de gènes sont également nécessaires pour l’activation de réponses de défense optimales contre les organismes pathogènes. Ainsi, les processus de sénescence et de défense dans les nodosités, qui entraînent tous les deux la mort bactérienne, semblent avoir des éléments communs. Adapté de Berrabah et al. (2015) et Gourion et al. (2014).

 

Rôles des hormones de défense dans l’immunité et la symbiose

L'acide salicylique (SA), l'acide jasmonique (JA) et l'éthylène sont des phytohormones importantes, notamment impliquées dans le déclenchement des réactions de défense des plantes au niveau des racines et/ou des feuilles vis-à-vis des microorganismes pathogènes. L'éthylène intervient également à différents stades des interactions symbiotiques avec les rhizobia. Quelques travaux indiquent que les signalisations impliquant le SA et le JA seraient finement contrôlées pour permettre la mise en place de la symbiose. Cependant, les acteurs de ces voies de signalisation ainsi que les réponses spécifiques  de défense associées sont encore très mal connus chez les légumineuses. Nous avons entrepris une approche génétique pour étudier le rôle de la signalisation du SA pendant la symbiose chez Medicago et le pois. De même, nous isolons les mutants de la voie de signalisation du JA chez Medicago. Ces outils génétiques nous permettront de mieux comprendre l’implication de ces grandes voies hormonales dans l’induction des défenses observées chez les mutants symbiotiques, comme dnf2 et symCRK, et ainsi de mieux comprendre l’importance de leur contrôle pour la mise en place de la symbiose. A terme, ce travail pourra apporter des informations sur la façon dont les légumineuses différencient et adaptent leurs réponses aux microorganismes symbiotiques versus pathogènes.

 

Senescence et immunité        

La sénescence intervient dans le programme de développement des nodosités (figure 4) et peut être contrôlée par des facteurs externes, comme les stress abiotiques et la nutrition azotée. Plusieurs études indiquent un lien entre sénescence et immunité. Les nodosités des mutants symCRK et dnf2 présentent des réactions de défense importantes mais également une sénescence précoce (Bourcy et al., 2013b ; Berrabah et al., 2014b). Il a été proposé que la suppression de l'immunité dans les nodosités soit levée lors de la mise en place du programme de sénescence dans les cellules de nodosités.

Nous abordons la question du lien entre la sénescence et l'immunité pendant la symbiose, en tirant parti des outils mutants décrits précédemment. Nous caractérisons actuellement de  nouveaux mutants fix-, de Medicago qui développent ou non des réactions de défense et montrent une sénescence accélérée des nodosités. Un rôle de l'acide salicylique dans le processus de sénescence est également possible.