Mécanismes moléculaires de la réponse au stress salin de Sinorhizobium meliloti en symbiose avec Medicago sativa (caractérisation de transporteurs de proline bétaïne et analyse transcriptomique de bactéroïdes stressés in planta)

Abstract

Un stress osmotique lié à la salinité des sols ou à des périodes de sécheresse est une contrainte environnementale majeure qui affecte plus de 40% des terres cultivées dans le monde, et engendre une importante diminution des rendements agricoles. Ce stress inhibe notamment la croissance de la luzerne, plante d'intérêt agronomique, et réduit en particulier l'efficacité de la symbiose fixatrice d'azote qu'elle établit avec la bactérie du sol S. meliloti. Comme chez la plante, on sait que chez la bactérie libre, un stress osmotique provoque l'accumulation de composés osmoprotectants, comme la proline bétaïne, et modifie l'expression de nombreux gènes. En revanche, l'existence de ces mécanismes moléculaires et leurs rôles dans l'adaptation au stress ne sont pas clairement établis chez le bactéroïde (forme différenciée de la bactérie dans la plante). Par conséquent, deux approches ont été menées afin de les préciser. Dans le cadre de la première approche, nous avons choisi d identifier des gènes de S. meliloti codant des systèmes de transport de proline bétaïne, puis d analyser leur rôle dans l accumulation de cette bétaïne lors de la symbiose en condition de stress. Ainsi dans un premier temps, nous avons caractérisé chez la bactérie libre deux nouveaux transporteurs. Le premier, nommé Prb, est un système de transport de type ATP binding cassette impliqué dans l osmoprotection par la proline bétaïne de la bactérie dans un milieu de haute osmolarité. Le second, BetX, est une protéine périplasmique capable de lier la proline bétaïne et de la transporter. Puis, dans un second temps, nous avons montré le rôle de ces transporteurs dans l accumulation de proline bétaïne au sein du bactéroïde lors de la symbiose soumise à un stress salin. La seconde approche a été menée en parallèle afin de préciser les régulations géniques du bactéroïde chez la plante stressée. Nous avons comparé l expression de l ensemble des gènes de bactéroïdes issus de plantes soumises à un stress salin à celle de bactéroïdes issus de plantes non stressées, par la technique de microarrays. Ainsi, l expression de 62 gènes bactéroïdiens apparaît modifiée en réponse au traitement salin de la plante hôte, dont 16 induits et 46 réprimés. L analyse in silico de la fonction de ces gènes permet de préciser, au niveau moléculaire, la nature des stress ressentis par le bactéroïde lors d une contrainte saline, responsable de la baisse de la fixation d azote. De plus, nous montrons pour la première fois que la diminution de l activité fixatrice d azote du bactéroïde est corrélée à une baisse de la transcription des gènes nif et fix, codant les enzymes nécessaires à la réduction de l azote atmosphérique. Enfin, pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la baisse de la fixation d azote, une analyse fonctionnelle in vitro et in planta à l aide de mutants d insertion dans des gènes ayant été observé comme différentiellement exprimés a été également réalisée.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF