Recherche du rôle des MSL dans les poils racinaires lors de la mise en place de la symbiose fixatrice d'azote chez Medicago truncatula

MSL's role in root hairs during the first step of symbiosis in Medicago truncatula

• Auteur / Autrice : Marjorie Guichard
• Direction : Jean-Marie Frachisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 21/06/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Herman Höfte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Frachisse, Herman Höfte, Clare Gough, François Bouteau, Hervé Sentenac, Jean-Marc Allain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Clare Gough, François Bouteau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Medicago

Symbiose

Poils absorbants

Transduction du signal cellulaire chez les plantes

Mots clés libres

Canal mécanosensible

Msl

Poil racinaire

Symbiose

Medicago truncatula

Mechanosensitiv ion channel

Msl

Root hair

Symbiosis

Medicago truncatula

Résumé

La mise en place des interactions symbiotiques, existant entre les Légumineuses et des microorganismes, sont des processus finement régulés, tant sur le plan moléculaire que cellulaire. Dans le cas de la symbiose avec des bactéries fixatrices d'azote, ou rhizobia, ces modifications se déroulent dans les poils racinaires. Plusieurs arguments tendent à montrer que la perception de contraintes mécaniques pourrait avoir un rôle dans la régulation de ces étapes. Par conséquent, nous nous sommes intéressés à une famille de protéines impliquées dans la mécanotransduction: les MSL (MscS-Like). Il s'agit de canaux capables de s'ouvrir en réponse à une tension mécanique appliquée sur la membrane plasmique. Nous avons exploré leurs fonctions dans les poils racinaires, lors de la mise en place de la symbiose entre la légumineuse modèle Medicago truncatula et des rhizobia. Des études in silico du génome de M. truncatula nous ont permis de définir la famille des MtMSL. Les analyses de l'expression de ces candidats ont montré que seuls deux d'entre eux sont transcrits dans les poils racinaires: MtMSL2.1 et MtMSL2.4, ce dernier étant majoritaire. Néanmoins, leur expression ne semble pas modifiée par un traitement aux facteurs Nod, molécules bactérienne induisant les premières étapes de la signalisation symbiotique. Parallèlement, des analyses en microscopie confocale, indiquent la présence de MtMSL2.4 à la membrane plasmique et dans des endomembranes. De plus, des mesures électrophysiologiques ont confirmé leur nature de canal à forte conductance activé par la tension de membrane. Enfin, plusieurs analyses phénotypiques ont été menées sur des mutants Mtmsl2.4, tant sur différents aspects de l'interaction avec les rhizobia, que sur la croissance racinaire ou celle des poils racinaires, pour laquelle une méthode de mesure semi-automatique a été développée. Cependant aucune différence avec les contrôles n'a pu être observée. Ces résultats laissent penser que le canal mécanosensible MtMSL2.4 aurait un rôle lors d'autres phénomènes qu'il serait intéressant de découvrir.

The first steps of symbiosis occurring between Legumes and microorganisms are highly regulated processes, both at the molecular level and at the cellular level. During symbiosis with nitrogen fixing bacteria, called rhizobia, these modifications occur in root hairs. Several arguments have shown that mechanical constraints may regulate these steps. Hence, the involvement of physical sensors during these early events is worth considering. We focused here on one of these sensor families, the MSL (MscS-Like). These proteins are channels able to open upon mechanical stretching. We look for their role during first steps of symbiosis between the model Legumes Medicago truncatula and rhizobia. In silico studies of M. truncatula's genome allowed us to define a MtMSL family. Transcript analyses showed that only two of them were expressed in root hairs: MtMSL2.1 and MtMSL2.4, the latter being the most expressed. However, this expression is not modified by Nod factor treatments; molecules produced by rhizobia that induces the first symbiotic signalization steps. In parallel, confocal microscopy analyses show plasma membrane and endomembrane localization of MtMSL2.4. Moreover, electrophysiological measurements confirmed that this candidate is a high conductance channel mechanically activated. Finally, we performed several phenotypical studies with Mtmsl2.4 mutants in different conditions. No differences were observed between the mutants and WT during rhizobia symbiotic interaction and root growth. There were also no differences observed in root hair development, for which a partly automatic measurement system was set up. These results suggest MtMSL2.4 may have a role in other phenomena, which could be interesting to understand further.