Le rôle des cytokinines dans la mise en place de l’architecture racinaire des légumineuses

Role of cytokinins in legume root architecture

• Auteur / Autrice : Stéphane Boivin
• Direction : Florian Frugier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 10/02/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences des plantes de Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marianne Delarue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Frugier, Marianne Delarue, Laurent Laplaze, Marc Lepetit, Andreas Niebel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Laplaze, Marc Lepetit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Medicago

Cytokinines

Rhizobium

Légumineuses

Mots clés libres

Medicago

Rhizobium

Facteurs Nod

Chk

Arabidopsis

Cytokinines

Medicago

Rhizobium

Nod factors

Chk

Arabidopsis

Cytokinins

Résumé

En réponse à une carence en azote dans le sol, les légumineuses sont capables d’interagir avec une bactérie du sol, Rhizobium, pour former un nouvel organe spécifique: la nodosité fixatrice d’azote atmosphérique. Chez la plante modèle des légumineuses Medicago truncatula, le récepteur aux cytokinines MtCRE1 est essentiel pour cette interaction symbiotique. Cependant, trois autres récepteurs aux cytokinines CHASE Histidine Kinase (CHK) existent chez M. truncatula. Les quatre CHKs ont des profils d’expression redondants dans les étapes précoces de la formation des nodosités, et plus divergeant dans les nodosités différenciées, même si MtCRE1 est le plus exprimé. Le locus génomique du plus proche homologue de MtCRE1 chez la plante non-symbiotique Arabidopsis, AHK4, complémente l’initiation des nodosités, mais seulement partiellement les phénotypes de croissance des nodosités et de fixation d’azote. Parmi les Régulateurs de Réponse de type B agissant en aval des CHKs, RRB3 a été sélectionné pour réaliser une stratégie de délétion de domaines protéiques, révélant son rôle positif dans la nodulation. Des données transcriptomiques indiquant une régulation de MtCRE1 dans l’épiderme en réponse à un « traitement symiotique », des approches fonctionnelles ont été réalisées et ont permis d’identifier un rôle négatif des cytokinines et de la voie MtCRE1 dans l’épiderme en réponse à ces « conditions symbiotiques ».En parallèle de ces travaux, des mutants des CHKs chez le pois ont été générés. A terme, ces recherches permettront de sélectionner un génotype tolérant à différents stress biotiques et abiotiques sans affecter les symbioses bénéfiques chez une espèce d’intérêt agronomique.

Legume plants adapt to low nitrogen by developing an endosymbiosis with nitrogen-fixing soil bacteria to form a new specific organ: the nitrogen-fixing nodule. In the Medicago truncatula model legume, the MtCRE1 cytokinin receptor is essential for this symbiotic interaction. As three other CHASE Histidine Kinase (CHK) cytokinin receptors exist in M. truncatula, we determined their potential contribution to this symbiotic interaction. The four CHKs have extensive redundant expression patterns at early nodulation stages but diverge in differentiated nodules, even though MtCRE1 has the strongest expression. Interestingly, a genomic locus of the MtCRE1 homolog from the aposymbiotic Arabidopsis plant, AHK4, rescues noduleinitiation, but only partially the nodule growth phenotype, and not the nitrogen fixation capacity. Among type-B Response Regulators acting downstream of CHKs, RRB3 has been selected to perform protein deletions, revealing a positive role RRB3 in nodulation. Transcriptomic data indicating an epidermis MtCRE1 regulation during a « symbiotic traitment », functional approaches showed a negative role of cytokinins and MtCRE1 pathway in epidermis in response to « symbiotic conditions ». chk mutants have been generated in Pisum sativum. Ultimately, the aim of these researches is to set the bases to select in legume species of agronomic interest a genotype tolerant to biotic and abiotic stresses without affecting beneficial symbioses.