Thèse de Doctorat de Montpellier SupAgro
Biologie du développement

Mercredi 5 décembre 2018
à 14h – Amphithéâtre 208 Campus La Gaillarde

Dialogue moléculaire dans l’établissement de la symbiose rhizobienne : recherche de canaux ioniques participant aux signaux électriques et calciques dans le poil absorbant de Medicago truncatula

Julien Thouin
BPMP, équipe Electrophysiologie de la nutrition minérale et des symbioses racinaires (Elsa)

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes

Composition du jury :
M. Hervé Sentenac, Biochimie & Physiologie Moléculaire des Plantes, Directeur de thèse
M. Christian Mazars, Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales UMR5546 UPS/CNRS, Rapporteur
M. Jean-Marie Frachisse, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Rapporteur
M. Nicolas Pauly, Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), Examinateur
M. Renaud Brouquisse, Institut Sophia Agrobiotech, Examinateur
Mme Valérie Hocher, UMR Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (LSTM), Examinateur

Résumé :
Les premiers évènements détectables après la perception des facteurs Nods par le poil absorbant incluent un signal électrique et calcique : la membrane du poil connaît une dépolarisation électrique rapide, provoquée par un influx de Ca2+, une inhibition des H+ATPases et un efflux d’anions, puis une repolarisation due à un efflux de K+. La transduction du signal intègre ensuite des oscillations de la concentration calcique périnucléaire, qui initie une reprogrammation de l’expression génique impliquée dans le développement du nodule symbiotique. L’objectif général de mon travail est de contribuer à la compréhension de ces processus en identifiant des systèmes de transport membranaire responsables des flux ioniques sous-jacents, chez le couple modèle Medicago truncatula–Sinorhizobium meliloti. Je me suis intéressé à des canaux ou transporteurs de K+ et/ou Na+ susceptibles de participer à un processus de repolarisation de la membrane cellulaire, ou de permettre un influx de Ca2+ à partir de la solution extérieure ou de stocks internes. Les systèmes de transport ciblés appartiennent à la famille de canaux potassiques appelée Shaker, à la famille de transporteurs de K+ et/ou Na+ appelée HKT, et à la famille de canaux appelés CNGC, susceptibles de constituer des conductances perméables à Ca2+. La démarche mise en œuvre associe une analyse du transcriptome du poil absorbant pour identifier des gènes candidats, des approches électrophysiologiques en système hétérologue (ovocyte de Xénope) ou in planta (enregistrement du potentiel membranaire), des techniques de transgenèse et d’analyse d’expression de gènes (Q-RT-PCR, gènes rapporteur GUS), l’obtention de plantes mutantes (provenant de la Noble Foundation) et le phénotypage de ces plantes en termes de croissance, formation de cordons d’infection, production de nodules et efficacité symbiotique. J’ai démontré que le canal potassique Shaker rectifiant sortant, MtSKOR, joue un rôle important dans la repolarisation membranaire lors du processus de signalisation électrique initial. Son inactivation peut affecter la croissance, la capacité de nodulation et l’efficacité symbiotique, probablement de façon dépendante des conditions environnementales, mais pas la capacité de formation de cordons d’infection. J’ai participé (par la mise en œuvre d’analyses électrophysiologiques) à identifier 3 canaux perméables à Ca2+, présents sur la membrane nucléaire et jouant un rôle majeur dans la formation des oscillations calciques périnucléaires et l’établissement de la relation symbiotique (Charpentier et al., 2016). J’ai identifié un canal, appelé CNGC1b, identifié dans une première série d’expériences comme susceptible de jouer un rôle dans la capacité de nodulation de la plante. Enfin, j’ai caractérisé sur le plan fonctionnel (par expression dans l’ovocyte) les transporteurs HKT de M. truncatula, qui se sont révélés perméables à Na+.

Mots-clés : symbiose rhizobienne, interaction poil absorbant-rhizobium, signalisation, Shaker, HKT, CNGC