Mechanisms involved in early Nod Factor signaling in legume root hairs : electrophysiological analyses in Medicago truncatula

Mécanismes précoces de la voie de signalisation des facteurs Nod dans les poils absorbants des racines de légumineuses : analyses électrophysiologiques chez Medicago truncatula

• Auteur / Autrice : Man-Yuan Guo
• Direction : Hervé Sentenac, Anne-Aliénor Very
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adaptation des plantes
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes - BPMP - Monptellier SupAgro
• Jury : Président / Présidente : Michel Lebrun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Sentenac, Anne-Aliénor Very, Michel Lebrun, Christian Mazars, Eric Hosy, Clare Gough
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Mazars, Eric Hosy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Patch-clamp, Technique du

Symbiose

Rhizobium

Mots clés libres

Symbiose légumineuses-Rhizobia

Conductance Ca2+

Patch-Clamp

Récepteur des facteurs Nod

Gènes GLR

Transporteurs HKT

Legume-Rhizobia symbiosis

Ca2+ conductance

Patch-Clamp

Nod factor receptor

GLR genes

HKT transporters

Résumé

La symbiose entre les légumineuses et les rhizobia est d'une importance majeure dans les écosystèmes terrestres du fait de sa capacité à fixer l'azote atmosphérique. Le dialogue moléculaire entre les deux partenaires, qui mène finalement au développement de nodosités hébergeant les bactéries fixatrices, peut être initié par la liaison des facteurs Nod (NF) sécrétés par les rhizobia aux récepteurs à NF de la membrane plasmatique (PM) des poils racinaires de la légumineuse. Cela déclenche un influx de Ca2+ dans la cellule, suivi d'une cascade d'événements de signalisation ionique, impliquant des changements dans les flux de H+, K+ et Cl- à travers la MP. Mon objectif a été de caractériser les mécanismes moléculaires qui sous-tendent ces premiers événements de signalisation ionique chez la légumineuse modèle Medicago truncatula. En utilisant la technique du patch-clamp sur des protoplastes obtenus par digestion enzymatique ou ablation laser assistée de la paroi cellulaire de poils en croissance, j'ai contribué à caractériser plusieurs conductances ioniques de la MP de ces cellules. Je me suis particulièrement concentrée sur une conductance cationique activée par l'hyperpolarisation membranaire (HACC), particulièrement perméable à Ca2+. Cette conductance est rapidement activée (en moins d'une minute) par l'addition de NF à une concentration physiologique et son activation est dépendante de la présence de récepteurs NFP ("Nod Factor Perception") fonctionnels. Ces résultats suggèrent que c'est cette conductance qui conduit l'influx précoce de Ca2+ déclenché par la perception des NF. Je me suis aussi intéressée à des systèmes de transport cationiques membranaires exprimés dans les poils absorbants de M. truncatula, appartenant aux familles HKT et GLR (Glutamate receptor-like), en tant qu'acteurs potentiels des premiers événements ioniques de signalisation. L'analyse par génétique inverse du rôle de 3 GLR fortement exprimés suggère que ces gènes ne jouent pas un rôle majeur dans la mise en place de la conductance HACC et ne sont pas indispensables à la nodulation. D'autre part, les transporteurs HKT, qui se sont révélés sélectifs de Na+, sont exprimés dans les nodosités, suggérant un rôle dans la symbiose.

Symbiosis between legumes and rhizobia is of major importance in terrestrial ecosystems due to its ability to fix atmospheric nitrogen. The molecular dialogue between the two partners, which ultimately leads to development of nodules hosting the N2 fixing bacteria, can be initiated by the binding of Nod factors (NF) secreted by the rhizobial partner on NF receptors at the legume root hair plasma membrane (PM). This triggers a Ca2+ influx through the PM, followed by a cascade of ionic signaling events, involving changes in H+, K+, and Cl- fluxes at the PM. My objective was to characterize molecular mechanisms underlying these early ionic signaling events in the legume model Medicago truncatula. By using the patch-clamp technique on protoplasts obtained either by cell wall enzymatic digestion or laser-assisted ablation from growing root hairs, I have contributed to characterize several ion conductances from this cell type. I especially focused on a cationic conductance activated by membrane hyperpolarization (HACC), uniquely found to be most permeable to Ca2+. This conductance was quickly activated (within less than 1 minute) following NF addition at physiological concentration. Its activation was dependent on the presence of functional NFP (“Nod Factor Perception”) receptors, which suggested that this conductance mediates the early Ca2+ influx triggered by NF perception. In addition, cationic transport systems expressed in M. truncatula root hairs and belonging to the HKT and Glutamate receptor-like (GLR) families were investigated as potential contributors to the early ionic signaling events. Loss-of-function mutant analysis for 3 highly expressed GLRs suggested that these genes did not play major roles in the expression/activity of the HACC conductance, and were not indispensable for nodulation. On the other hand, the HKT transporters, which were found to be Na+-selective, were expressed in nodules, which suggested a role in symbiosis.