Développement racinaire du peuplier en réponse aux signaux fongiques lors de la mise en place de l'ectomycorhize

par Judith Richter Felten (Felten)

Thèse de doctorat en Biologie végétale et forestière

Sous la direction de Francis Martin et de Klauss Palme.

Soutenue le 14-12-2009

à Nancy 1 en cotutelle avec l'Albert-Ludwigs-Universität (Fribourg-en-Brisgau, Allemagne) , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Interaction arbres/microorganismes (équipe de recherche) .

Le président du jury était Uwe Nehls.

Le jury était composé de Klauss Palme, Uwe Nehls, Laurent Laplaze, Wefrancis Martin, Valérie Legué, Franck Ditengou.

Les rapporteurs étaient Laurent Laplaze, Uwe Nehls.


  • Résumé

    Développement racinaire du peuplier en réponse aux signaux fongiques lors de la mise en place de l'ectomycorhize Résumé français : L'interaction précoce entre les racines des arbres et les champignons ectomycorhiziens (CEM) est accompagnée d'une forte stimulation du développement de racines latérales (RLs) de la plante hôte. L'objectif de cette thèse est de décrypter les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des RLs de Populus tremula x Populus alba (espèce mycorhizienne) et d'Arabidopsis thaliana (espèce non-mycorhizienne) en réponse au champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor. L'auxine étant considérée comme un élément clef de la régulation du développement des RLs, nous avons focalisé notre étude sur les protéines impliquées dans le transport et la signalisation de cette hormone. Nos résultats moléculaires (NimbleGen microarray, RT-PCR quantitative) illustrent que la présence du champignon altère le gradient auxinique dans les racines via une modification de l'expression de PtaPIN9 (AtPIN2), impliqué dans le transport polarisé de l'auxine. Des analyses de plantes mutantes ont suggéré que la stimulation des RLs lors du contact plante/champignon dépend de ce transporteur ainsi que de la signalisation auxinique dans les racines. Notre étude a été élargie à la recherche de molécules émises par le champignon qui interféraient avec les voies auxiniques de la plante. Nos résultats révèlent l'implication des voies de l'éthylène, des jasmonates, des brassinostéroides et des ROS (Reactive Oxygen Species) pendant l'interaction plante/champignon, suggérant une implication des voies de signalisation dépendantes des stress dans les étapes précoces de l'interaction. Nous proposons que Laccaria bicolor stimulerait le développement des RLs en modifiant la répartition et la signalisation de l'auxine endogène de la racine via les voies de signalisation du stress.

  • Titre traduit

    Poplar root development in response to fungal signals during onset of ectomycorrhiza development


  • Résumé

    The early phase of the interaction between tree roots and ectomycorrhizal (ECM) fungi is accompanied by a stimulation of lateral root (LR) development. This thesis aims on understanding by which molecular mechanisms the interaction of plant and fungus induces LR stimulation. Therefore the ECM fungus L. bicolor in interaction with one of its mycorrhizal hosts, Populus tremula x Populus alba or with the non-mycorrhizal herbaceous model plant Arabidopsis thaliana was studied. We identified gene networks that regulate LR development during the early signal exchanges between Populus tremula x Populus alba and the ECM fungus Laccaria bicolor. We focussed on auxin transport and signalling pathways, as those are key actors regulating LR development. Experiments with poplar and Arabidopsis transgenic auxin response marker lines revealed that the presence of fungal signalling molecules modified auxin gradients in roots. Using microarray- and quantitative Real-time PCR based transcript profiling of poplar roots we uncovered the accumulation of transcripts of the polar auxin efflux carrier PtaPIN9 as well as of auxin responsive transcription factors. A. thaliana transgenics defective in these targets showed that they are crucial for fungus induced LR stimulation. Finally we identified an involvement of ethylene, jasmonates, brassinosteroids and ROS (Reactive Oxygen Species) signalling during fungal LR induction. These pathways are known to be activated upon stress responses in the plant and to interact with auxin pathways. Together these data show how ECM fungi stimulate LR development in plants by interfering with endogenous auxin-levels, -distribution and -signalling most probably through stress signalling pathways.


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