Étude de la perception et des effets développementaux des signaux symbiotiques fongiques chez Brachypodium distachyon

Study of perception and developmental effects of fungal symbiotic signals in brachypodium distachyon

• Auteur / Autrice : Luis Fernando Buendia Martin
• Direction : Benoît Lefèbvre, Sandra Bensmihen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioingénieries
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Symbiose

Endomycorhizes à vésicules et arbuscules

Mots clés libres

Mycorhization

Lipochitooligosaccharides

Brachypodium

Auxine

Mycorrhiza

Auxin

Brachypodium

Lipochitooligosaccharides

Résumé

La symbiose endomycorhizienne à arbuscules (SMA) a une importance écologique et agronomique majeure car elle permet à la majorité des plantes terrestres, via une association avec des champignons du phylum des Glomeromycota, une meilleure acquisition de nutriments du sol. Les champignons grâce à un large réseau mycélien dans le sol, collectent et echangent des nutriments avec les plantes qui leurs fournissent des substrats carbonés issus de la photosynthèse. Le champignon mycorhizienne à arbuscules (CMA) Rhizophagus irregularis, capable de coloniser les racines de la plupart des plantes terrestres, sécrète des lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCOs) et des chitooligosaccharides à chaîne courte (Myc-COs). L’ajout exogène de Myc-LCO stimule la colonisation de plusieurs espèces par des CMAs. Ces Myc-LCOs et les Myc-COs sont capables d’activer une voie de signalisation symbiotique requise pour l’établissement de la SMA. Cependant, le rôle de ces molécules et leur importance dans l’établissement de la symbiose restent à ce jour inconnu. Au cours de ma thèsej’ao étudié la SMA chez la plante modèle pour les monocotylédones tempérées, Brachypodium distachyon. Je me suis intéressé, tout d’abord, à la perception des signaux fongiques (Myc-LCOs et Myc-COs). Un mécanisme possible par lequel les Myc-LCOs pourraient stimuler la SMA, est leur capacité à induire une augmentation du nombre de racines latérales (RL), montrée chez la légumineuse modèle Medicago truncatula ainsi que chez la monocotylédone Oriza sativa (riz). Les réponses transcriptionnelles aux Myc-LCOs chez M. truncatula suggèrent une interaction entre la perception de Myc-LCOs et la signalisation auxine. Par ailleurs, l’ajout d’auxine stimule la SMA chez M. truncatula et le riz. Pendant mes travaux de thèse, nous avons pu montrer que des LCOs induisent aussi la formation de RLs chez B. distachyon. De plus, nous avons pu montrer un effet des LCOs sur l’homéostasie de l’auxine. Finalement, nous avons pu confirmer un rôle positif de l’auxine dans la mise en place de la SMA grâce à l’étude d’un mutant surproduisant de l’auxine. Par ailleurs, des travaux dans l’équipe ont permis d’identifier BdLYR1, un récepteur kinase contenant des motifs lysin (LysM-RLK) capable de lier les LCOs à haute affinité. Cependant, un mutant dans ce gène ne présente aucun phénotype mycorhizien suggérant une redondance fonctionnelle au niveau des récepteurs et/ou des signaux pour l’activation de la voie de signalisation symbiotique. J’ai initié la caractérisation du LysM-RLK BdLYR4, un récepteur potentiel de COs. Enfin, il a été observé que la réponse de croissance des plantes à la colonisation par les CMA est à la fois dépendantes de l’environnement, de la souche de champignon utilisée ainsi que du génotype de plante. Très peu d’études ont été réalisées dans le but d’identifier les mécanismes moléculaires qui régissent ces réponses de croissance. Pour pouvoir le faire, j’ai initié la caractérisation de la variabilité génétique pour les réponses de croissance aux CMAs chez B. distachyon dans le but d’identifier des génotypes contrastés ainsi que les variables phénotypiques les plus pertinentes à analyser. Ces travaux ont permis de trouver des conditions de culture qui permettent l’analyse de la réponse croissance chez B. distachyon.

The endomycorrhizal symbiosis with arbuscules (AM) is of major ecological and agronomic importance because it allows the majority of terrestrial plants, via an association with phylum fungi of Glomeromycota, to facilitate their acquisition of nutrients and water. Fungi through a large soil exchange surface collect and provide nutrients to plants that provide fungi with carbonaceous substrates derived from photosynthesis. The fungus AM Rhizophagus irregularis, capable of colonizing the roots of most terrestrial plants, secretes lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCOs) and short-chain chitooligosaccharides (Myc-COs). These molecules are capable of activating a signaling pathway required for the establishment of the AM symbiosis. However, their role and relevance for AM symbiosis is completely unkown. During my phD, I studied perception of fungal signals (Myc-LCOs and Myc-COs) in B.distachyon. Myc-LCOs stimulate AM symbiosis in several plants and induce an increase in the number of lateral roots (RL) in legume plant Medicago truncatula, as well as in Oriza sativa (rice).Transcriptional responses to LCO in M.truncatula suggest a crosstalk between auxin and LCO. Moreover, the addition of auxin also stimulates AM symbiosis in M. truncatula and rice. During my phD, we showed that LCOs stimulates also lateral root formation in B.distachyon. In addition, we showed that these developmental effects are linked to a regulation of auxin biosyntheses and homeostasis. Finally, I could confirm the positive role of auxin in AM thanks to an auxin-overproducer mutant. In the team, BdLYR1, a high-affinity LCO binding protein has been identified. However, the mutant Bdlyr1 is not affected in mycorrhization, as it was also shown for its ortholog in rice. This can be explained by functional redundancy of the receptors but also by redundancy of fungal signals (Myc-CO). During my phD, I focused on BdLYR4, which is a good candidate for Myc-COs receptor. It has been reported mycorrhizal growth responses (MGR) in colonized plants. These growth responses depend on environmental conditions, fungal strain and plant genotype. To date, very few studies have been done in order to identify molecular mechanisms controlling MGRs. To do so, I initiate the characterization of natural variability for MGRs in B.distachyon in order to identify contrasted genotypes and the more convenient phenotipical and physiological traits to analyze. All this work leads us to identify good conditions that maximize differences between genotypes.