Étude du rôle d’une Ribonucléase de type III, MtRTL1b, lors du développement des nodosités fixatrices d’azote chez l’espèce modèle Medicago truncatula

par Jérémy Moreau

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Christine Lelandais-Brière.

Le président du jury était Marianne Delarue.

Le jury était composé de Christine Lelandais-Brière, Marianne Delarue, Marc Lepetit, Julio Saez-Vasquez, Andreas Niebel.

Les rapporteurs étaient Marc Lepetit, Julio Saez-Vasquez.


  • Résumé

    La majorité des Légumineuses sont capables d’établir une symbiose avec des bactéries du sol nommées Rhizobia. Lors de cette interaction symbiotique, un nouvel organe est formé, la nodosité. Dans cet organe, les bactéries fixent l’azote atmosphérique au profit de la plante hôte. Pendant la symbiose Rhizobia-Légumineuse, deux grands changements transcriptômiques ont été observés par différentes technologies, comme le RNASeq (Maunoury et al., 2010) ou les expériences de microarrays (Benedito et al., 2008). Ces grands changements interviennent aux différentes étapes de développements des nodosités et sont médiés par différents régulateurs de l’expression génique comme certains FTs clés et des petits ARN. Ces petits ARN régulateurs sont produits après le clivage de précurseurs de long ARN double brin ou d’ARN en épingle à cheveux par des enzymes particulières de la famille des ribonucléases de type III (RNase III), nommées DICER-LIKE (DCL). De plus, des gènes codant des RNases III additionnelles sont présents dans le génome de plantes et leurs rôles restent encore à être déterminés.Dans cette étude, nous avons caractérisés la famille des RNases III chez Medicago truncatula mais aussi chez d’autres espèces de légumineuse. Nous avons également recherchés l’implication de MtRTL1b, une RNase III, lors du développement des nodosités.Cette RNase III est un orthologue spécifique des nodosités d’AtRTL1, un répresseur de silencing chez Arabidopsis thaliana. Tout d'abord, nous avons montré que l’expression de ce gène est activée juste avant la différenciation et est principalement restreinte à l’interzone, là où les bactéroïdes deviennent totalement différenciés dans les cellules hôtes, et dans la zone de fixation de la nodosité. La répression de l’expression de MtRTL1b, par ARN interférence dans des racines transgéniques, affecte le développement de la nodosité, la fixation de l’azote et la viabilité des bactéroïdes. Un phénotype opposé est observé lorsque MtRTL1b est exprimé de façon ectopique dans la racine. Les analyses des données de séquençage nous ont permis de mettre en évidence que le RNAi conduit à la sous-expression de 1038 gènes, incluant plus de 109 gènes codant des NCRs qui sont des peptides intervenant dans le développement des bactéroïdes et/ou pour leur viabilité dans les nodosités indéterminées. De plus,des gènes impliqués dans les voies métaboliques et la régulation de l’état d'oxydo-réduction mais aussi dans le processus symbiotique, comme la leghémoglobine, sont également sous-exprimés. Des données de séquençage de petits ARN et d’ARN double brins sont en cours d’analyse afin de caractériser les changements dans les populations de petit ARN et identifier les substrats ARN double brin de cette RNase III lors du développement des nodosités.

  • Titre traduit

    Role of a type III Ribonuclease, MtRTL1b, during nitrogen fixing nodule development in Medicago truncatula


  • Résumé

    Almost all Legumes are able to establish symbiosis with soil bacteria called Rhizobia. During this interaction, a new organ is formed, the nodule. In this organ, bacteria fix the atmospheric nitrogen for the host plant. During Rhizobia-Legumes symbiosis twotranscriptomic changes were observed by different technologies like RNAseq (Maunoury et al., 2010) or microarrays experiment (Benedito et al., 2008). These dramatic changes occur at the different steps of nodule development and are mediated by various gene expression regulators including several keys transcription factors and small RNAs. These small regulatory RNAs are produced after cleavage of long double-stranded or hairpin RNA precursors by particular enzymes of the ribonuclease III (RNase III) family, called DICERLIKEproteins (DCL). However, additional RNase III encoding genes are present in plant genomes, whose roles remain to be fully determined.In this work, we characterized the RNAse III family in the model M. truncatula, as well as other legumes species. We also investigated the involvement in nodule development of MtRTL1b, one RNAse III, a nodule-specific orthologue of AtRTL1, a putative silencing repressor in Arabidopsis thaliana. First, we showed that the expression of this gene is activated just before differentiation and is mainly restricted in the interzone, where bacteroid become fully differentiated into the host cells and in the nitrogen fixation zone of the nodule. Repression of MtRTL1b expression, by RNA interference in transgenic roots, affected nodule development, nitrogen fixation and bacteroid viability while an opposite phenotype was observed in roots with ectopic expression of this gene. Then, RNASeq analyses showed that the RNAileads to the down-regulation of 1038 genes, including more than 109 NCRs, encoding peptides involved in bacteroid development and/or viability in indeterminate nodules. Moreover, genes involved in metabolic pathways and redox regulations as well as other genes involved in symbiosis, like leghemoglobins, are also down-regulated. RNAseq of small RNAs and double strand RNAs are under analysis to characterize changes in sRNA populations and identify dsRNA substrates of this RNAse III during nodule development.


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