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Analyse transcriptomique approfondie de la sénescence des nodosités symbiotiques

Un double transcriptome légumineuse-rhizobium de la sénescence des nodosités symbiotiques révèle des réponses coordonnées entre plantes et bactéries

La sénescence détermine la durée de vie des organes végétaux en fonction du vieillissement et des signaux environnementaux. Au cours de l'interaction endosymbiotique avec les bactéries rhizobia, les légumineuses développent un organe spécifique, la nodosité racinaire, qui abrite ces bactéries fixatrices d'azote (N). Contrairement aux processus plus précoces de l'interaction légumineuse-rhizobium (formation des nodosités, fixation de N), les mécanismes contrôlant la sénescence des nodosités restent mal compris. Dans ce travail collaboratif impliquant l'équipe SILEG de l'IPS2 et publié dans Plant Cell & Environment, afin d'identifier les gènes associés à la sénescence des nodosités, nous avons réalisé une double approche de séquençage d'ARN de plante et de bactéries sur des nodosités de Medicago truncatula-Sinorhizobium meliloti ayant initié la sénescence soit naturellement (vieillissement), soit en réponse à un facteur environnemental (traitement avec du nitrate ou stress salin). Les données résultantes ont permis l'identification de centaines de gènes végétaux et bactériens régulés de manière différentielle pendant la sénescence des nodosités, fournissant ainsi une ressource sans précédent de nouveaux gènes candidats associés à ce processus. De manière remarquable, plusieurs gènes végétaux et bactériens liés au cycle cellulaire et aux réponses au stress sont régulés dans les nodosités sénescentes, y compris ceux de la réponse générale au stress de rhizobium RpoE2-dépendante. L'analyse côté plante des gènes centraux de sénescence des nodosités a permis de montrer que les gènes MtNAC969 et MtS40, tous deux homologues à des gènes associés à la sénescence des feuilles, régulent négativement la transition entre la fixation de N et la sénescence. En revanche, la surexpression d'un gène impliqué dans la biosynthèse des cytokinines, régulateurs négatifs bien connus de la sénescence foliaire, pourrait favoriser la transition entre la fixation de N et la sénescence des nodosités.


Synthèse des analyses RNAseq réalisées pour étudier la sénescence des nodosités, en utilisant : la zone proximale de nodosités 21 jours post-inoculation avec rhizobium (dpi) - (21dpi Prox) contenant la région de sénescence ; des nodosités âgés de 28 dpi présentant une sénescence développementale liée à l’âge (vieillissement) ; et des conditions environnementales d’ajout de sel (NaCl) ou de nitrate (KNO3) induisant la sénescence des nodosités. Les chiffres entre parenthèses indiquent le nombre de gènes exprimés de manière différentielle par rapport à des nodosités de 14 dpi, et les intersections mises en évidence par les carrés bleus correspondent aux gènes centraux de sénescence des nodosités qui sont régulés de manière différentielle dans 3 ou 4 des conditions utilisées pour induire la sénescence des nodosités.