Analyse du transcriptome de Medicago truncatula lors de l'organogenèse de la nodosité induite par Sinorhizobium melitoti

Transcriptome analysis in Medicago truncatula during nodule organogenesis indiced by Sinorhizobium melitoti

• Auteur / Autrice : Nicolas Maunoury
• Direction : Peter Mergaert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Biologie et écologie végétale
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Compendium

Fixation d'azote

Résumé

Au cœur de la symbiose entre les légumineuses et les rhizobia se trouve un échange de nutriments. Cette interaction se déroule dans un organe racinaire spécifique : la nodosité. Les bactéroïdes sont des rhizobia différenciés à l'intérieur des nodosités fixant l'azote pour l'usage de la plante hôte et la plante fourni des produits carbonés aux bactéries. Les mécanismes moléculaires et les gènes gouvernant l'organogenèse de la nodosité sont dans leur majorité peu connus. Pendant ce travail de thèse, une analyse transcriptomique a été utilisée pour la description de la formation des nodosités. A cette fin, une collection d'EST a été établie à partir d'une banque d'ADNc de nodosités puis des microarrays ont été créés. Un compendium de transcriptomes a été assemblé à partir de stades distincts du développement chez le sauvage, de tissus de nodosités disséquées et de nodosités induites par une collection de mutants bactériens ou végétaux, incapables de former une nodosité fonctionnelle. Environ 500 gènes sur les 2400 testés sont induits au cours de la nodulation. Parmi ces gènes, une nouvelle famille a été identifiée de plus de 300 gènes (les ncrs) qui sont exclusivement exprimés dans les nodosités. Sur la base d'une variété de critères, il est proposé que les NCRs jouent un rôle dans la différentiation des rhizobia pour former des bactéroïdes fixateurs d'azote. D'autres gènes importants identifiés codent des facteurs de transcription et sont des bons candidats pour orchestrer le transcriptome dans les nodosités. Des gènes candidats qui organisent et exécutent la sénescence des nodosités ont également été identifiés. L'analyse statistique du compendium a permis d'organiser les gènes en clusters et de prédire pour un grand nombre d'entre eux leur profil d'expression spatiale dans les nodosités. Cela a également permis de classer les mutants de nodulation en fonction de leur transcriptome et de le corréler avec leur phénotype morphologique. Il est démontré que le transcriptome spécifique des nodosités n'est atteint que lorsque les cellules végétales symbiotiques et les bactéroïdes sont différenciés mais qu'il est indépendant de la fixation d'azote.

At the heart of the Rhizobium-legume symbiosis is the exchange of nutrients between the two symbionts. This interaction takes place in specialized organs, the nodules, on the roots of the plant. Bacteroids are differentiated rhizobia inside the nodules that fix nitrogen for plant use and plants in turn provide photosynthates to the bacteria. The molecular mechanisms and the plant genes that govern nodule organogenesis are only partially understood. During this thesis work, transcriptome analysis was used to describe the nodule formation. For this purpose, an EST collection was made from a nodule cDNA library and microarrays were constructed. A compendium of transcriptomes was assembled from distinct stages in wild type nodule development, dissected tissues of nodules and nodules induced by a collection of bacterial and plant mutants unable to form a functional nodule. About 500 from the 2400 tested genes were induced during nodule formation. Among these, a novel family was identified of more than 300 genes (the ncrs) which are exclusively expressed in nodules. Other important identified genes code for transcription factors and are good candidates to orchestrate the nodule transcriptome. Candidate genes orchestrating senescence of nodules were identified as well. Statistical analysis of the compendium data made it possible to create gene clusters and to predict spatial gene expression patterns in nodules for many of the nodule induced genes. It also allowed classifying the mutants in function of their transcriptome and correlating this with their morphological phenotype. It is demonstrate that the nodule specific transcriptome is established only when both, plant symbiotic cells and bacteroids are differentiated but it is independent of nitrogen fixation.