Mécanismes de l'accumulation des bétaïnes en réponse au stress osmotique chez Sinorhizobium meliloti en culture libre et lors de la symbiose avec Medicago sativa (importance du transporteur de bétaïnes, BetS)

Abstract

Les recherches menées au laboratoire portent sur l'adaptation de la symbiose S. meliloti-M. sativa aux contraintes osmotiques en considérant à la fois le partenaire bactérien et la plante hôte. Il est bien établi que la croissance de S. meliloti, fortement inhibée en milieu de forte osmolarité, est restaurée de manière spectaculaire par un apport exogène de glycine bétaïne (GB) ou de proline bétaïne (PB). Au cours de mon travail de thèse, je me suis attaché à identifier et à caractériser un transporteur de bétaïnes, nommé BetS. Ce système, de type BCCT (Betaine Choline Carnitine Transporter), est un symport Na+-dépendant, exprimé de façon constitutive et soumis à une régulation post-traductionnelle par l'osmolarité du milieu. Le phénotype d'un mutant betS a été analysé. Il apparaît clairement que BetS joue un rôle majeur dans les premières étapes de l'adaptation de S. meliloti à un stress osmotique (1). Une série de mutants de délétions des extrémités N- et C- terminales cytoplasmiques du transporteur a été réalisée afin de déterminer le rôle de ces régions dans la perception du stress osmotique. Les résultats indiquent que l'extrémité C-terminale joue un rôle primordial dans la structure et/ou le fonctionnement du système. En parallèle, les mécanismes d'adaptation de la luzerne au stress salin ont été analysés. Cette légumineuse, soumise à une salinité élevée (NaCl 0,2 M) accumule dans les différents organes (tige, racine et nodosité) de la proline et de la PB. La PB est synthétisée, dans les tiges, à partir de la proline et son catabolisme est fortement inhibé à forte osmolarité. Des modifications importantes de la structure du symbiosome et de la teneur en Na+ et K+ sont observées dans le bactéroïde qui accumule la proline et la PB en condition de stress. La PB est transportée à travers la membrane péribactéroïdienne et par les bactéroïdes via le système BetS qui contribue à l'accumulation de cette bétaïne (2). L'utilisation d'une fusion betS-lacZ et des mesures de transport réalisées sur des bactéroïdes isolés ont montré que le gène betS est exprimé au cours des différentes étapes du développement de la nodosité et que le transporteur BetS est fonctionnel dans les nodosités matures. Un mutant du gène betS n'est cependant pas altéré dans son phénotype symbiotique. En revanche, des bactéroïdes issus d'une souche surexprimant le gène betS accumulent la PB plus rapidement que ceux issus de la souche sauvage. Ce résultat est corrélé au maintien de l'activité fixatrice d'azote à un niveau élevé après 7 jours de stress, alors que cette activité chute de 50 % chez les bactéroïdes issus de la souche sauvage. Cependant, la surproduction n'apporte plus d'avantage après 14 jours de stress. Ces résultats indiquent un rôle bénéfique important de la PB, mais limité à la phase initiale de réponse au stress. En outre, le gène betS a été introduit chez Bradyrhizobium japonicum, souche d'intérêt agronomique nodulant le soja (Glycine max), mais très sensible au stress salin. L'expression du gène betS confère à B. japonicum la capacité d'accumuler la GB et la PB et de croître en présence de 80 mM de NaCl, lorsque ces composés sont disponibles dans le milieu, alors que la croissance de la souche sauvage est complètement inhibée dans les mêmes conditions. Des systèmes d'efflux de cette bétaïne permettent spontanément de relarguer la GB lors d'un retour à des conditions de faible osmolarité. Cependant, l'introduction du gène betS ne restaure pas la croissance de la souche complémentée lorsque la concentration en NaCl est de 100 mM. L'hypothèse d'une toxicité de l'ion Na+, liée à l'absence apparente d'échangeur Na+/H+, est discutée (3).NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF