Étude de fonctions bactériennes impliquées dans la différentiation bactérienne lors de la symbiose rhizobium-légumineuse

Study of terminal bacteroid differentiation features during the legume-rhizobium symbiosis

• Auteur / Autrice : Quentin Nicoud
• Direction : Benoît Alunni, Peter Mergaert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 03/02/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• 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 : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Marianne Delarue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Mergaert, Gabriella Pessi, Pierre Frendo, Pierre Czernic
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gabriella Pessi, Pierre Frendo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Légumineuses

Différenciation cellulaire

Rhizobiacées

Symbiose

Mots clés libres

Symbiose Rhizobium-Légumineuse

Bactéroides

Différentation terminale

Peptides NCR

Enveloppe bactérienne

Multiomiques

Legume Rhizobia-Symbiosis

Bacteroids

Terminal differentiation

NCR peptides

Bacterial envelope

Multiomics

Résumé

La symbiose rhizobium-légumineuse est une intéraction étroite entre plante et bactérie. Au cours de cette symbiose, la bactérie est hébergée par la plante au sein d’organes symbiotiques où elle fixe l’azote atmosphérique pour la plante. Les espèces de légumineuses du groupe des IRLC et des Dalbergioïdes peuvent contrôler les rhizobia symbiotiques et induire un processus de différenciation particulier grâce à la production massive de peptides riches en cystéines (NCR) spécifiques aux nodosités. In vitro, les peptides NCR cationiques ont des activités de perméabilisation de la membrane sur de nombreuses bactéries. La manière dont les rhizobiums s'adaptent pour résister à ce stress intense reste encore aujourd’hui mal compris. Deux axes de recherche principaux ont été menés au cours de cette thèse, tous deux liés à la compréhension de la réponse des bactéries à la différenciation terminale imposée par les peptides NCR. D'un côté, nous avons analysé certaines fonctions bactériennes pour leur rôle dans la résistance à la NCR au cours de l'interaction modèle entre Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti. Dans ce travail, nous avons principalement évalué les fonctions membranaires telles que la synthèse du LPS, le système de réponse aux stress de l’enveloppe et des fonctions d'importation. Nous avons trouvé de nouvelles fonctions qui pourraient être impliquées dans la résistance à la NCR et la différenciation terminale des bactéroïdes.De l'autre côté, nous avons mené une approche multi-omique couplée à des techniques de biologie cellulaire pour caractériser l'interaction mal adaptée entre Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 et Aeschynomene afraspera. Nous avons découvert de nouvelles particularités dans cette interaction avec notamment une différenciation inhabituelle.

The legume-rhizobia symbiosis is a close interaction between a plant and bacteria. During this symbiosis, bacteria are hosted by the plants in symbiotic organs called nodules and in which the symbionts fix atmospheric nitrogen for the plants. Legume species from IRLC and Dalbergioid can control symbiotic rhizobia and mediate a particular differentiation process through the massive production of nodule-specific cysteine-rich (NCR) peptides. In vitro, cationic NCR peptides have membrane-permeabilizing activities on many bacteria. How rhizobia adapt to resist this intense stress remains poorly understood. Two main research axes were driven during this thesis, both linked to the understanding of how bacteria react to terminal differentiation imposed by NCR peptides. On one side, we tried to functionally analyze bacterial functions for their role in NCR resistance during the model interaction between Medicago truncatula and Sinorhizobium meliloti. In this work, we mainly assessed membrane functions such as LPS synthesis, Envelope Stress Response, and import functions. We found novel functions that could be involved in NCR resistance and terminal bacteroid differentiation.On the other side, we conducted a multi-omics approach coupled with cell-biology techniques to characterize the ill-adapted interaction between Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 and Aeschynomene afraspera. We discovered new features in this interaction with an unusual differentiation.