Thèse soutenue

Fonctions des plantes et bacteriennes nécessaires à la différenciation morphologique des bactéroïdes dans le modèle Aeschynomene-Bradyrhizobium
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Auteur / Autrice : Van Phuong Nguyen
Direction : Pierre CzernicDjamel Gully
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Agronomie
Date : Soutenance le 20/10/2016
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : Michel Lebrun
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Czernic, Djamel Gully, Michel Lebrun, Jean-Jacques Bono, Benjamin Gourion, Florence Wisniewski-Dyé
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Bono, Benjamin Gourion

Résumé

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Les légumineuses sont capables de développer des organes symbiotiques, les nodules, qui hébergent des bactéries du sol appelées rhizobia. Au sein des nodules les rhizobia intracellulaires se différencient en bactéroïdes capables de réduire l'azote atmosphérique en ammonium au bénéfice de la plante. En contrepartie, la plante alimente la bactérie en sources de carbone. Des études récentes sur le modèle symbiotique Medicago/Sinorhizobium ont montré dans les nodules la forte présence d'une grande diversité de peptides appelés NCR qui sont similaires aux peptides antimicrobiens (AMP) impliqués dans l'immunité innée. Ces NCR sont responsables du maintien de l'homéostasie entre les cellules hôtes et la forte population bactérienne qu'elles contiennent. Bien que certains NCR sont de vrais AMP, capable de tuer des bactéries in vitro, dans les nodules ils induisent plutôt une différenciation terminale caractérisée par une élongation cellulaire, une amplification du génome, une perméabilité membranaire et une perte des capacités de division de la bactérie. Néanmoins le mode d'action des NCR reste à élucider. Au cours de ma thèse j'ai participé à la caractérisation des processus de différenciation dans le modèle Aeschynomene, une légumineuse tropicale, Bradyrhizobium.Dans un premier temps, une nouvelle classe de NCR a été identifiée chez différentes espèces d'Aeschynomene. Ces NCR sont responsables de la différenciation des Bradyrhizobium via un processus similaire à celui décrit chez Medicago. Ces résultats suggèrent une évolution convergente des processus de différenciation chez les Dalbergioïdes (Aeschynomene) et le clade des IRLC (Medicago).Ensuite, pour identifier les fonctions bactériennes requises lors de la différenciation, j'ai criblé 53 mutants Tn5 d'Aeschynomene indica fix- . Huit gènes bactériens dont la mutation inhibe ou affecte le processus de différenciation ont été identifiés. Parmi eux, je me suis focalisé sur la DD-CPase une enzyme de modification du peptidoglycane et sur 2 gènes impliqués dans l'homéostasie du phosphate.La caractérisation du gène DD-CPase1 a permis de démontrer que le remodelage du peptidoglycane est requis pour une différenciation correcte des bactéroïdes chez les plantes hôtes qui produisent des NCR, en général, et chez Aeschynomene en particulier. Ces résultats suggèrent une interaction possible entre DD-CPase1 et des NCR conduisant à l'endoréplication des bactéroïdes.Enfin, j'ai étudié les propriétés physiologiques et symbiotiques des mutants pstC et pstB. Les mutants Tn5 des gènes pstC et pstB de la souche ORS285 de Bradyrhizobium sont sévèrement affectés par la carence en phosphate en culture pure et leurs propriétés symbiotiques (différenciation, réduction de l'azote) sont fortement réduites. Des analyses fonctionnelles plus approfondies de l'opéron Pst devraient permettre une meilleure compréhension du lien entre l'homéostasie du phosphate et l'efficience symbiotique dans l'interaction Aeschynomene-Bradyrhizobium.Mes travaux ont permis d'élargir nos connaissances sur l'évolution de la symbiose en montrant que le modus operandi impliquant des peptides dérivés de l'immunité innée utilisée par certaines légumineuses pour maintenir leur population bactérienne intracellulaire sous contrôle est plus répandue et ancienne qu'on ne le pensait et a été utilisée par l'évolution à plusieurs reprises. De plus différentes cibles bactériennes pouvant participer au processus de différenciation ont également été identifiées.