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Interactions symbiotiques Légumineuse-Rhizobium : état redox et symbiose

L’équipe cherche à approfondir les connaissances sur les symbioses plante/bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium) en étudiant plus particulièrement le rôle de l’état d’oxydoréduction de la cellule dans la relation symbiotique.

Positionnement du sujet

La croissance des plantes cultivées dépend de la présence d’azote en quantité suffisante dans le sol. L’utilisation massive de fertilisants azotés est aujourd’hui remise en question car leur introduction en cultures intensives constitue un risque important pour l’environnement en provoquant des pollutions majeures aux nitrates et nitrites. Parmi les plantes cultivées, les légumineuses peuvent s’associer avec des bactéries du sol du genre Rhizobium qui sont capables de fixer l’azote atmosphérique, permettant ainsi à la plante de couvrir en grande partie ses besoins en azote. Cette association s’établit au sein de nouveaux organes appelés nodosités dont le développement est induit par les bactéries au niveau des racines et contrôlé par la plante. L’azote réduit par les bactéries et non consommé par les plantes est ensuite rejeté dans le sol sous une forme non toxique et contribue à son enrichissement.
Cette relation symbiotique a une durée de vie limitée et elle est très sensible aux changements environnementaux. Elle demande donc à être optimisée afin de réduire les intrants azotés dans les cultures et aboutir à une agriculture plus respectueuse de l’environnement.

Thématique générale et objectifs

L’équipe cherche à approfondir les connaissances sur les symbioses plante/bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium) en étudiant plus particulièrement le rôle de l’état d’oxydoréduction de la cellule dans la relation symbiotique. Elle s’intéresse à deux étapes primordiales de la relation symbiotique : l’étude des mécanismes d’accueil du partenaire symbiotique et la compréhension du phénomène de sénescence nodulaire entraînant la rupture de l’association symbiotique. Dans ce cadre, elle étudie plus particulièrement 3 molécules majeures impliquées dans la régulation de l’état redox de la cellule : le peroxyde d’hydrogène (H2O2), le monoxyde d’azote (NO) et le glutathion (GSH).

 
Étude de l’interaction symbiotique Légumineuses– Rhizobium
 
Légende 1 : Étude de l’interaction symbiotique Légumineuses– Rhizobium
A. Méristème nodulaire de Medicago truncatula.
B. Nodosité fixatrice mature.
C. Nodosité sénescente (la zone IV dite de sénescence est majoritaire).
D. Étude de l’expression des catalases de S. meliloti par des fusions promoteur-gène rapporteur dans la nodosité fonctionnelle.

Modèles biologiques étudiés

Légumineuses : Medicago sativa et Medicago truncatula
Bactérie symbiotique : Sinorhizobium meliloti

Originalité scientifique de l’équipe

La thématique de l’équipe est novatrice. Très peu de données et d’études portent sur l’importance de l’état redox cellulaire dans les relations symbiotiques légumineuses/bactéries et le phénomène de sénescence (vieillissement) des nodosités reste un mécanisme peu étudié et donc peu compris à ce jour.

Problématiques actuelles

Quelles sont les implications des molécules régulatrices de l’état redox (H2O2, NO, GSH) de la cellule dans la mise en place, le fonctionnement et la sénescence des nodosités ?


Plus particulièrement :
  • Quel est le rôle du H2O2 dans la mise en place et dans le fonctionnement de la symbiose ? (Cible moléculaire, origine et dynamique de la production d’H2O2, rôle des régulateurs de H2O2, etc.)
  • Quels sont les mécanismes moléculaires régulés par le NO dans la nodosité mature ?
  • Quels sont les mécanismes régulés par le GSH dans la formation et le maintien des nodosités ?
  • Quelle est la contribution du bactéroïde dans la sénescence des nodosités ?
 
Étude de l’interaction symbiotique Légumineuses– Rhizobium
 

Légende 2 : Étude de l’interaction symbiotique Légumineuses– Rhizobium
E. Visualisation des bactéroïdes par microscopie électronique lors d’un stress salin.
F. Étude de l’expression de la ferritine lors d’un stress salin par hybridation in situ.
G. Caractérisation de l’expression des gènes de synthèse du glutathion et de l’homoglutathion par northern blot.

Application

Réduire la quantité d’engrais azotés utilisés sur les cultures en améliorant la fixation naturelle d’azote atmosphérique résultant de l’activité symbiotique.

Partenariat scientifique et soutien de programme

  • Collaborations nationales : Université de Rennes, Inra Toulouse, Inra Dijon ;
  • Collaborations internationales : Université de Bielefeld en Allemagne, Université de Vérone (Italie), Université de Gand (Belgique).
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Rédaction : pchavigny
Date de création : 06 Juillet 2010
Mise à jour : 15 Novembre 2010