Évolution expérimentale de l'infection intracellulaire chez les symbiotes de légumineuses

Experimental evolution of nodule intracellular infection in legume symbionts

• Auteur / Autrice : Suhua Guan
• Direction : Catherine Boivin-Masson, Delphine Capela
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infections

Cellules

Fabacées

Symbiose

Mots clés libres

Evolution expérimentale

Infection intracellulaire

Symbiose

Rhizobia

Résumé

Les rhizobia, symbiotes de légumineuses phylogénétiquement variés, pourraient avoir évolués selon un scenario évolutif en deux étapes : le transfert horizontal de fonctions symbiotiques clés suivi de l'activation de ce potentiel symbiotique par la reprogrammation du génome receveur et la pression de sélection de la plante. Alors que les bactéries nodulantes sont sélectionnées à l'entrée des racines par la plante, les mécanismes de sélection des propriétés symbiotiques plus tardives comme l'infection intracellulaire restent inconnus. Pour répondre à cette question, nous avons profité de travaux préalables ayant converti la bactérie pathogène de plantes Ralstonia solanacearum portant le plasmide symbiotique du rhizobium Cupriavidus taiwanensis en bactéries nodulantes qui infectent les nodules de façon extracellulaire uniquement. Cette souche nodulante non infectieuse a été évoluée expérimentalement en symbiote intracellulaire par des cycles sériés de co-cultures plantes-bactéries. Les mutations adaptatives qui ont permis la transition d'un statut extracellulaire à intracellulaire ont été identifiées. Nos résultats ont montré que ces mutations ont été sélectionnées pour leur effet sur la compétitivité pour la nodulation. De plus, nous avons montré que la mutation ayant initialement permis à la souche ancestrale de noduler, i. E. L'inactivation du système de sécrétion de type III de R. Solanacearum, est également requise pour permettre l'infection intracellulaire. Toutes les mutations adaptatives pour la nodulation et pour l'infection intracellulaire que nous avons identifiées jusqu'ici, impactent en fait les deux processus, suggérant un contrôle similaire de l'invasion bactérienne aux deux niveaux d'entrées, précoce (poil absorbant racinaire) et tardif (cellule du nodule).

Rhizobia, which are phylogenetically disparate legume symbionts, may have evolved in a two-step evolutionary scenario: horizontal transfer of key symbiotic functions followed by activation of the newly acquired symbiotic potential through reprogramming of the recipient genome under plant selection pressure. While the plant traps nodulating bacteria, how late event of intracellular infection is selected remains unknown. To address this question, we took advantage of the previous conversion of the plant pathogen Ralstonia solanacearum chimera carrying the symbiotic plasmid of the rhizobium Cupriavidus taiwanensis into a legume-nodulating bacterium that only extracellularly invades nodules. This non-infective nodulating strain was experimentally evolved into intracellular endosymbionts using serial cycles of legume-bacterium co-cultures. The adaptive mutations that drove the transition from extracellular to intracellular status were identified. Our results showed that these mutations were selected for their effect on nodulation competitiveness. Moreover, we showed that the mutation that initially allowed the ancestral strain to nodulate, i. E. Inactivation of the R. Solanacearum type three secretion system, was also required to permit intracellular infection. All key adaptive mutations for nodulation and infection identified so far in this evolution experiment, were actually found to impact on both processes, suggesting a similar control for bacterial invasion at the early (root hair) and late (nodule cell) entry levels.