Caractérisation par ingénierie génomique des profils d'expression génique de Pisolithus tinctorius et d'Eucalyptus globulus au cours du développement de la symbiose ectomycorhizienne

Monitoring Pisolithus tinctorius and Eucalyptus globulus gene expression during the ectomycorrhizal symbiosis development using cDNA arrays and cluster analysis

• Auteur / Autrice : Sébastien Duplessis
• Direction : Francis Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie forestière
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Plantes

Pisolithus arhizus

Génétique

Eucalyptus globulus

Génétique forestière

Ectomycorhizes

Expression génique

Séquence nucléotidique

Résumé

Les ectomycorhizes sont des associations symbiotiques établies entre les racines des arbres et certains champigpons du sol. Ces relations mutualistes, dont les bénéfices sont avant tout trophiques, entraînent des modifications morphologiques et métaboliques importantes chez les deux partenaires. La formation de l'ectomycorhize Eucalyprus globulus-Pisolithus tinctorius s'accompagne également d'un changement du protéome et de l'expression génique des racines et du champignon. Afin d'acquérir une vision globale des gènes exprimés et régulés au cours de la formation de l'ectomycorhize E. Globulus-P. Tinctorius, nous avons développé une analyse de l'expression sénique dans l'organe symbiotique via l'analyse du transcriptome. Une première étude, nous a permis d'obtenir les profils d'expression de 400 ESTs (Expressed Sequer. . Ce Tags) dans une ectomycorhize en formation. Nous avons ainsi pu identifier 17% des ESTs qui sont régulés par la symbiose. Nous avons poursuivi notre analyse sur plus de 700 ESTs au cours du développement de l'organe symbiotique, depuis les premiers contacts entre les symbiotes jusqu'à la mise en place de l'ectomycorhize fonctionnelle. L'analyse statistique des profils d'expression nous il permis de mettre en évidence (i) des ensembles de gènes co-régulés (régulons) et (ii) une chronoséquence dans l'expression génique. Parmi les gènes fortement régulés nous avons identifié : ceux codant les protéines pariétales fongiques (hydrophobines et SRAP32), plusieurs familles de métallothionéines, des protéines de signalisation, des protéines de stress hydrique et des enzymes de la respiration mitocnondria. Le. Parmi ces gènes régulés, nous avons caractérisé en détail, un gène codant une nouvelle hydrophobine, HydPt-3, et plusieurs gènes de communication fongiques (ras, raf, calcineurine).

Ectomycorrhiza formation and function alter both fungal and plant gene expression. The identification of a large rumber of novel genes expressed exclusively or predominantly in the symbiosis will contribute greatly to the understanding of the function of the ectomycorrhizal association. We have constructed a cDNA library of 4-day-old Eucalyphls globulus-Pisolithus tinctorius ectomycorrhiza by random cloning and through suppression subtractive hybridization. We screened 715 arrayed cDNAs to identify symbiosis-regulated genes by using differential hybridization. Gene expression profiles obtained from free-living Pisolithus tinctorius, non-inoculated roots and ectomycorrhizas at various developmental stages, from the earliest contacts (4 days) to the functionning symbiotic organ (28 days) were analyzed. Comparisons of free-living partners and symbiotic tissues revealed significant changes in the expression levels (differential expression ratio> 2. 0) for 11 to 23% of the genes analyzed at the different stages of mycorrhiza formation. No ectomycorrhiza-specific gene was detected. We derived groups of coordinately expressed genes (i. E. Regulons) using hierarchical clustering and Self Organizing Maps. At least a dozen of distinct temporal patterns of induction/repression were observed. The main fungal regulons contained genes coding for cell-wall and membrane proteins, communication genes, and metallothionein-related poteins. In the host root, a major down-regulated regulon comprised genes involved in water transport and stress suggesting that mycorrhiza development improves water uptake. We have furthermore characterized cDNA clones corresponding to Pisolithus signalling genes (ras, raf and calcineurine) and to a new hydrophobin gene (HydPt-3).