Rôle de la signalisation des cytokinines dans le contrôle de l'architecture racinaire chez Medicago truncatula

Role of cytokinins in legume root architecture

• Auteur / Autrice : Julie Plet
• Direction : Florian Frugier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Biologie et écologie végétale
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Symbiose

Auxines

Cytokinines

Résumé

L’objectif de cette thèse était de déterminer quels éléments de la signalisation des cytokinines étaient requis pour contrôler la mise en place du système racinaire des légumineuses, et comment cette voie s’intégrait avec d’autres signaux développementaux. Dans une première partie, le mutant de M. Truncatula affectant le récepteur aux cytokinines MtCRE1 s’est révélé jouer un rôle fondamental dans le contrôle de l’interaction symbiotique avec S. Meliloti à la fois à des stades précoces et tardifs. L’activation de la voie de signalisation des cytokinines médiée par CRE1,visualisée par le gène de réponse primaire aux cytokinines MtRR4, régule aussi positivement plusieurs gènes de nodulation tels que NIN, NSP2 et ERN1. Cette même voie est en outre impliquée dans la modulation du transport polarisé d’auxine, potentiellement en régulant l’accumulation de protéines PINs. Enfin l’étude du double mutant cre1/sk1, affecté dans le gène de réponse à l’éthylène EIN2, a révélé que les voies de signalisation de ces deux phytohormones seraient indépendantes lors de la mise en place des nodules. La deuxième partie de ce travail de thèse a permis d’établir une connexion entre le facteur de transcription EFD et les cytokinines. En effet, une des cibles principales d’EFD, MtRR4, régulerait négativement le signal cytokinine au niveau des primordia et de la zone d’infection des nodules, favorisant ainsi leur différentiation. Enfin, la troisième partie de ce travail visait à identifier de nouvelles cibles directement régulées par la signalisation cytokinine et agissant dans le système racinaire des légumineuses. Une combinaison d’approches de biochimie, de transcriptomique et de bioinformatique a permis d’identifier des éléments cis présents dans les promoteurs des gènes régulés par les cytokinines. Parmi eux, le gène de nodulation NSP2 a été caractérisé comme étant régulé directement via la signalisation cytokinine dépendant des RRs de type B. Au final, l’ensemble de ces résultats met en évidence le rôle crucial de la signalisation cytokinine médiée par MtCRE1, ainsi que son interaction avec d’autres signaux dans le contrôle de l’architecture racinaire, et a permis l’identification de nouveaux gènes de réponse aux cytokinines.

The objective of this thesis was to determine which components of the cytokinin signaling pathway were required to control legume root architecture, and how, this process was integrated with other developmental cues. In a first part, mutants in the M. Truncatula CRE1 cytokinin receptor were found to play a crucial role in controlling the symbiotic interaction with S. Meliloti. Cytokinin signaling mediated by CRE1, followed through the activation of the primary response gene to cytokinins MtRR4, also positively regulates several nodulation genes such as NIN, NSP2 and ERN1. The same pathway is also involved in modulating polar auxin transport, potentially by regulating the accumulation of PIN proteins. Finally, study of cre1/skl double mutants, also affected in the ethylene response gene EIN2, revealed that ethylene control nodule initiation independently of CRE1 cytokinin signaling. The second part of this thesis has established a connection between the transcription factor EFD and cytokinins. Indeed, a major target of EFD, MtRR4, may down regulate cytokinin signaling in nodule primordia and infection zone, thereby promoting their differentiation. Finally, the third part of this work was to indentify new targets directly regulated by cytokinin signalling and acting in the legume root system. A combination of biochemical, transcriptomic and bioinformatic approaches allowed the identification of cis-elements present in promoters of genes regulated by cytokinins. Among them, the nodulation gene NSP2 has been characterized as regulated depending on B type RRs involved in cytokinin signaling. Ultimately, these results highlight the crucial role of MtCRE1 cytokinin signaling and its interactions with other cues in the control of root architecture and enabled the identification of new genes responsive to cytokinins in legumes.