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EFIS

EFFICACITE DE LA SYMBIOSE MYCORHIZIENNE À ARBUSCULES

Les microbes du sol jouent un rôle essentiel dans la santé des plantes. Ils participent à la nutrition et à la résistance au stress des plantes en milieu naturel.
 
Ce sont donc des acteurs clés en agriculture à bas niveaux d’intrants. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont présents dans tous les sols et peuvent interagir avec la plupart des espèces végétales, y compris les plantes cultivées. Ils sont connus pour améliorer à la fois la nutrition et la résistance aux stress des plantes.
 
Cependant, l'efficacité de cette symbiose dépend de facteurs génétiques à la fois végétaux et fongiques. Par ailleurs, les communautés de CMA dans les sols sont modulées par les pratiques agricoles.

 

Notre recherche vise à mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui expliquent la variabilité de l'efficacité de cette symbiose pour stimuler la croissance et la résistance aux stress des plantes.

THÈMES DE RECHERCHE

La symbiose mycorhizienne arbusculaire : La plupart des plantes, y compris les céréales, forment une endosymbiose avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) appartenant au groupe des Glomeromycètes.

Les CMA sont bénéfiques pour la nutrition des plantes en raison de leur capacité à coloniser à la fois le sol et les racines et à collecter des nutriments à partir d'un volume de sol beaucoup plus grand que celui exploré par les racines des plantes. Les CMA pénètrent dans les cellules corticales des racines et forment des structures appelées arbuscules au niveau desquels ils échangent des nutriments avec la plante hôte.

Les CMA fournissent des éléments nutritifs du sol (phosphore, azote, …), aux plantes et reçoivent des sucres et des lipides dérivés de photosynthétats. Les CMA peuvent également stimuler la résistance des plantes à des stress biotiques et abiotiques. Cette symbiose est décrite comme mutualiste, mais son efficacité sur la croissance et / ou la résistance aux stress des plantes dépend à la fois des génotypes des plantes et des CMA. Nous cherchons à comprendre les mécanismes moléculaires qui influencent la colonisation des plantes par les CMA et les réponses mycorhiziennes.













 

 

 

Une racine de tomate colonisée par une souche du CMA Rhizophagus irregularis. Le champignon est coloré avec de l'encre (bleu). Les flèches longues pointent des arbuscules. Les flèches courtes pointent des hyphes extra-racinaires.

Objectif 1: Évaluer les effets des pratiques agricoles sur la diversité des CMA et leur efficacité à stimuler la croissance des plantes.

 

Pour atteindre cet objectif, nous réalisons des échantillonnages de blés (blé dur et tendre) cultivés selon diverses pratiques agricoles et nous analysons les communautés fongiques associées aux racines par séquençage ADN à haut débit (metabarcoding). Nous isolons également les souches de CMA associées aux racines de blé et testons leur efficacité pour stimuler la croissance du blé en conditions contrôlées.

Objectif 2 : Identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la variation du bénéfice de la symbiose chez les plantes.

 

Pour atteindre cet objectif, nous étudions la variabilité génétique de la graminée modèle Brachypodium distachyon et du blé. Cela comprend l'analyse des réponses de croissance et transcriptionnelles des plantes aux CMA dans divers environnements contrôlés, en particulier avec différents niveaux de disponibilité en nutriments.

Pour répondre à ces deux objectifs, nous utilisons la plateforme de phénotypage automatisé des plantes de Toulouse pour mesurer la cinétique de croissance des plantes en présence et en l'absence de CMA.

Analyse de la réponse de croissance en présence d’une souche de CMA dans différents écotypes de B. distachyon

Signaux symbiotiques: Les lipo-chitooligosaccharidiques (LCO) et les chitooligosaccharidiques à chaines courtes (CO), dérivés chitiniques produits par les CMA, sont capables d'activer une voie de signalisation chez l'hôte, nécessaire à la colonisation par les CMA et sont donc probablement impliqués dans les mécanismes de colonisation.

Objectif 3 : Déterminer le rôle dans l'établissement de la symbiose, des signaux symbiotiques chitiniques produits par les CMA.

 

Pour atteindre cet objectif, nous caractérisons chez l’hôte les récepteurs de LCO et CO (appartenant à la sous-famille des récepteurs-like kinases (RLK) contenant des domaines LysM), grâce à une combinaison d'approches de génétique inverse et de biochimie des protéines.

Plantes modèles utilisées : Solanaceae (Nicotiana benthamiana, Petunia hybrida et Solanum lycopersicum) et Poaceae (Brachypodium distachyon, Triticum turgidum et Triticum aestivum).

Financements actuels :

Projet MYCOBLE (FSOV, 2021-2023), coordinateur: B. Lefebvre
Projet WHEATSYM (ANR PRCE, 2017-2021), coordinateur: B. Lefebvre

Financements passés :

Projet Stress'n'Sym (Institut Carnot Plant2Pro, 2017-2020), coordinateur: B. Lefebvre
Projet DIBAM (INRA SPE, 2018-2019), coordinateur: B. Lefebvre
Projet RHIZOWHEAT (IDEX ATS, 2016-2017), coordinateur: C. Masson (LIPM)
Projet SPE INRA (2014-2015), coordonnateur: J. Cullimore (LIPM)
Projet LCOinNONLEGUMES (ANR Jeune chercheur, 2011-2014), Coordinateur: B. Lefebvre

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PUBLICATIONS

  • (Preprint) Bartoli C, Boivin S, Marchetti M, Gris C, Gasciolli V, Gaston M, Auriac MC, Cottret L, Carlier A, Masson-Boivin C, Lepetit M and Lefebvre B. Rhizobium leguminosarum symbiovar viciae strains are natural wheat endophytes and can stimulate root development and colonization by arbuscular mycorrhizal fungi. BioRxiv; DOI: 10.1101/2020.08.07.241844

  • (Preprint) Maviane-Macia F, Ribeyre C, Buendia L, Gaston M, Khafif M, Devoilles F, Peeters N and Lefebvre B. Experimental system and image analysis software for high throughput phenotyping of mycorrhizal growth response in Brachypodium distachyon. BioRxiv; DOI: 10.1101/779330

  • Du D, Zhang C, Xing Y, Lu X, Cai L, Yun H, Zhang Q, Zhang Y, Chen X, Liu M, Sang X, Ling Y, Yang Z, Li Y, Lefebvre B and He G. 2020 The CC-NB-LRR OsRLR1 mediates rice disease resistance through interaction with OsWRKY19. Plant Biotechnol J, in press; DOI:  10.1111/pbi.13530 

  • Lefebvre B. 2020. An opportunity to breed rice for improved benefits from the arbuscular mycorrhizal symbiosis? New Phytol, 225:1404-1406; DOI:  10.1111/nph.16333 

  • Girardin A, Wang T, Ding Y, Keller J, Buendia L, Gaston M, Ribeyre C, Gasciolli V, Auriac MC, Vernié T, Bendahmane A, Ried MK, Parniske M, Vandenbussche M, Schorderet M, Reinhardt D, Delaux PM, Bono JJ and Lefebvre B. 2019. LCO receptors involved in arbuscular mycorrhiza are functional for rhizobia perception in legumes. Current Biol, 29: 4249-4259; DOI:  10.1016/j.cub.2019.11.038

  • Buendia L, Ribeyre C, Bensmihen S, Lefebvre B. 2019. Brachypodium distachyon tar2lhypo mutant shows reduced root developmental response to symbiotic signal but increased arbuscular mycorrhiza. Plant Signal Behav 14: e1651608; DOI:  10.1080/15592324.2019.1651608

  • Buendia L., Maillet F., O’Connor D., van de-Kerkhove Q., Danoun S., Gough C., Lefebvre B. and Bensmihen S. 2019. LCOs promote lateral root formation and modify auxin homeostasis in Brachypodium distachyon. New Phytol, 221: 2190-2202; DOI:  10.1111/nph.15551

  • Buendia L., Girardin A., Wang T., Cottret L. and Lefebvre B. 2018 LysM Receptor-Like Kinase and LysM Receptor-Like Protein Families: An Update on Phylogeny and Functional Characterization. Front. Plant Sci. 9:1531; DOI:  10.3389/fpls.2018.01531

  • Gough C., Cottret L., Lefebvre B. and Bono JJ. 2018. Evolutionary History of Plant LysM Receptor Proteins Related to Root Endosymbiosis. Front Plant Sci. 9:923; DOI:  10.3389/fpls.2018.00923

  • Lefebvre B. 2017. Arbuscular mycorrhiza: A new role for N-acetylglucosamine. Nature Plants 3, 17085; DOI:  10.1038/nplants.2017.85 

  • Vernié T., Camut S., Camps C., Rembliere C., de Carvalho-Niebel F., Mbengue M., Timmers T., Gasciolli V., Thompson R., Le Signor C., Lefebvre B., Cullimore J. and Hervé C. 2016. PUB1 interacts with the receptor kinase DMI2 and negatively regulates rhizobial and arbuscular mycorrhizal symbioses through its ubiquitination activity in Medicago truncatula. Plant Physiol, 170: 2312-2324; DOI:  10.1104/pp.15.01694

  • Buendia L., Wang T., Girardin A.  and Lefebvre B. 2016. The LysM receptor-like kinase SlLYK10 regulates the arbuscular mycorrhizal symbiosis in tomato. New Phytol 210, 184-195; DOI:  10.1111/nph.13753

  • Pietraszewska-Bogiel A., Lefebvre B., Koini M.A., Klaus-Heisen D., Takken F.L.W., Geurts R., Cullimore J.V and Gadella T.W.J. 2013. Interaction of Medicago truncatula Lysin motif receptor-like kinases, NFP and LYK3, produced in Nicotiana benthamianaleaf induces a defence-like response. PlosOne 8(6):e65055; DOI:  10.1371/journal.pone.0065055

  • Lefebvre B, Klaus-Heisen D, Pietraszewska-Bogiel A, Hervé C, Camut S, Auriac MC, Gasciolli V, Nurisso A, Gadella TW, Cullimore J. 2012. Role of N-glycosylation sites and CxC motifs in trafficking of Medicago truncatula Nod Factor Perception protein to plasma membrane. J Biol Chem 287: 10812-10823; DOI:  10.1074/jbc.M111.281634

  • Klaus-Heisen, D., Nurisso, A., Pietraszewska-Bogiel, A., Mbengue, M., Camut, S., Timmers, T., Pichereaux, C., Rossignol, M., Gadella, T.W.J., Imberty, A., Lefebvre, B., Cullimore, J.V. 2011. Structure-function similarities between a plant receptor-like kinase and the human interleukin-1 receptor-associated kinase-4. J Biol Chem 286: 11202-11210; DOI:  10.1074/jbc.M110.186171

  • Mbengue, M., Camut, S., de Carvalho-Niebel, F., Deslandes, L., Froidure, S., Klaus-Heisen, D., Moreau, S., Rivas, S., Timmers, T., Hervé, C., Cullimore, J., Lefebvre, B. 2010. The Medicago truncatula E3 ubiquitin ligase PUB1 interacts with the LYK3 symbiotic receptor and negatively regulates infection and nodulation. Plant Cell 22: 3474-3488; DOI:  10.1105/tpc.110.075861

  • Lefebvre, B., Timmers, T., Mbengue, M., Moreau, S., Hervé, C., Tóth, K., Bittencourt-Silvestre, J., Klaus, D., Deslandes, L., Godiard, L., Murray, J.D., Udvardi, M.K., Raffaele, S., Mongrand, S., Cullimore, J., Gamas, P., Niebel, A. and Ott, T. 2010. A remorin protein interacts with symbiotic receptors and regulates bacterial infection. Proc Natl Acad Sci USA. 107: 2343-2348; DOI:  10.1073/pnas.0913320107