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Les associations endosymbiotiques entre des plantes et des micro-organismes du sol jouent un rôle clé dans l’apport en éléments nutritifs essentiels pour la croissance des plantes.
Nous travaillons sur l'interaction symbiotique fixatrice d'azote entre les légumineuses et les bactéries du sol, collectivement appelées rhizobia, qui présente un intérêt particulier pour réduire les apports d'engrais azotés synthétiques en agriculture. Cette interaction sophistiquée aboutit au développement d'un nouvel organe racinaire, appelé nodule, dans lequel les rhizobia sont hébergés pour convertir l'azote atmosphérique en formes utilisables par la plante. La formation de cet organe remarquable nécessite une étroite synchronisation de la colonisation bactérienne et du développement nodulaire.
Notre équipe utilise la légumineuse modèle Medicago truncatula pour étudier les mécanismes de régulation de la plante qui régissent l'infection rhizobienne, le développement des nodules et leur coordination. Nos principaux objectifs scientifiques sont de comprendre (i) comment la plante contrôle l’infection endosymbiotique au niveau cellulaire et (ii) comment les mécanismes de régulation transcriptionnels et épigénétiques façonnent le développement des nodules.
Nos projets utilisent donc une série d'approches dites « classiques » (biologie moléculaire, génétique, transcriptomique, (épi)génomique et microscopie) ou des méthodes plus avancées et de pointe (en biologie cellulaire, en génétique inverse et approches moléculaires tissu ou cellule-spécifiques) que nous avons récemment adaptées pour Medicago.



THÈMES DE RECHERCHE
Régulation et dynamique de l'infection rhizobienne
La colonisation des racines par les rhizobia a lieu chez la plupart des espèces de légumineuses Fabaceae, via des structures tubulaires, appelées cordons d'infection, qui guident les rhizobia de manière transcellulaire vers le primordium nodulaire en formation. Le développement de ces structures par croissance polaire est essentiel pour assurer la colonisation progressive des cellules racinaires et finalement du primordium nodulaire. Leur construction est étroitement synchronisée avec le développement du nodule. De plus, la plante anticipe leur initiation, grâce à la mise en place d’une reprogrammation cellulaire, conservée au cours de l’évolution, et nécessaire pour guider l’entrée des microorganismes symbiotiques. Nos principaux objectifs scientifiques sont d'identifier les acteurs moléculaires clés et les mécanismes cellulaires qui sous-tendent le développement du cordon d'infection et la reprogrammation cellulaire associée.
Nous avons identifié des régulateurs transcriptionnels qui orchestrent la formation et la progression de ces structures d’infection chez les légumineuses (Andriankaja et al., 2007 ; Cerri et al., 2012, 2016, 2017 ; Liu et al., 2019a) et les voies génétiques qu'ils régulent. Nous avons également découvert des mécanismes cellulaires et intercellulaires qui régulent la formation ou la progression des cordons d’infection chez Medicago (Fournier et al., 2015 ; Kelner et al., 2018 ; Gaudioso-Pedraza et al., 2018 ; Liu et al., 2019b). Nous poursuivons ces analyses et abordons également le cross-talk plante-bactérie et la possible conservation de certaines réponses dans un contexte plus large de symbioses racinaires.
Pour répondre à ces questions nous utilisons des approches complémentaires en génétique reverse, transcriptomique (y compris type-cellulaire spécifique), microscopie optique & électronique et en imagerie cellulaire in vivo en haute résolution chez la légumineuse modèle Medicago truncatula.
Contact :
Fernanda de Carvalho-Niebel (DR2 CNRS), Joëlle Fournier (CRHC CNRS)



Collaborations :
International: A. Becker (SYNMIKRO, Marburg, Germany); E. Larrainzar (University of Navarra, Pamplona, Spain); M. Marín (LMU, Munich, Germany); Peter Kaló (NAIK, Gödöllő, Hungary). National: F. Cartieaux, V. Hocher & S. Svistoonoff (LSTM, Montpellier); P. Frendo & E. Boncompagni (ISA, Sophia-Antipolis); Local: R. Peyraud (iMEAN, Toulouse); N. Frei-Dit-Frey, P-M. Delaux & E. Jamet (LRSV, Toulouse).
Financement :
ANR-DFG PRCI Live Switch (2020-2024), INRAE-SPE CREPE (2020-2023); FRAIB-AO-INTERUNITE-CROSS (2019-2022); ANR-DFG PRCI COME-IN (2015-2019).
Régulateurs centraux du développement nodulaire
Le développement nodulaire chez Medicago implique l'activation mitotique de cellules racinaires suivant un schéma précis de divisions cellulaires (Xiao et al., 2014). Ces divisions donnent naissance à un nouvel organe, appelé nodule, composé d'un méristème apical, permettant d’assurer la croissance du nodule tout au long de sa vie, et de zones successives de différenciation coordonnée des cellules bactériennes et végétales, pour créer le microenvironnement approprié pour la fixation symbiotique de l'azote. Nous étudions dans l'équipe des régulateurs de ces phases clés du développement nodulaire : (i) la formation du méristème et (ii) la différenciation nodulaire.
L'équipe a identifié NF-YA1, un facteur de transcription appartenant à la famille des « CCAAT-box binding factors », comme un régulateur clé du développement des nodules chez Medicago (Combier et al., 2006 ; Laloum et al., 2013 ; Laloum et al., 2014 ; Laporte et al., 2014 ; Baudin et al., 2015). Outre sa contribution à la signalisation précoce et à l'infection symbiotique, une analyse de type « fate-map » a révélé l'importance cruciale de NF-YA1 pour la mise en place du méristème nodulaire (Xiao et al., 2014). Afin de comprendre le mode d'action de NF-YA1 dans le contrôle de ce processus clé, nous identifions et caractérisons actuellement les gènes cibles de NF-YA1 (Shrestha et al., 2021) . En outre chez les animaux les NF-Y sont considérés comme des facteurs de transcription pionniers. Dans le cadre de l’ANR PIOSYM (2020-2024) l’équipe essaye actuellement de démontrer que NF-YA1 possède également des caractéristiques de facteur pionnier régulant la transition racine-nodule.
Grâce au développement d’approches de microdissection par capture laser (LCM)-RNAseq chez Medicago, l'équipe a généré des ressources précieuses pour la communauté scientifique (Jardinaud et al., 2016 ; Roux et al., 2018), tel le premier transcriptome plante et rhizobium des zones spécifiques du nodule (Roux et al., 2014 ; https://iant.toulouse.inra.fr/symbimics). Cette étude et d’autres travaux précédents du groupe ont permis d'identifier des régulateurs végétaux clé de la différenciation nodulaire, notamment le facteur de transcription ERF EFD, qui régule les réponses des cytokinines via RR4 (Vernié et al., 2008), et de nouveaux mécanismes épigénétiques.
En effet, l'équipe a démontré une régulation spatiale précise de gènes associés à la méthylation de l'ADN dans les nodules, le rôle clé de l'ADN déméthylase DEMETER pour la différenciation des nodules et le regroupement préférentiel des gènes de différenciation des nodules dans des régions génomiques appelées îlots symbiotiques, enrichies en marques épigénétiques (Satgé et al., 2016 ; Pecrix et al., 2018).
Le groupe poursuit actuellement l'analyse de ces importants régulateurs transcriptionnels et épigénétiques de la différenciation des nodules.
Contact :
Andreas Niebel (DR2-CNRS), Pascal Gamas (DR1 CNRS)

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Collaborations :
International: F. Ariel (University of Santa Fe, Argentina); F. Blanco & E. Zanetti (University of La Plata, Argentina); E. Larrainzar (University of Navarra, Spain); K. Szczyglowski (University of Western Ontario, Canada); S. Sinharoy (National Institute of Plant Genome Research, New Delhi, India). National: M. Benhamed, M. Crespi, F. Frugier (IPS2, Paris-Saclay); P. Frendo (ISA, Sophia-Antipolis). Local: J. Gouzy (LIPME).
Financement:
ANR PIOSYM (2020-2024), CNRS-LIA (Laboratoire International Associé) France-Argentina: NOCOSYM (2018-2021); ANR EPISYM (2016-2020); INRA-SPE (EFFOR, 2019-2020); INRAE-BAP (D-CRISPR, 2020-2021; coordination J. Gouzy); FRAIB MYCONODISLAND (2021-2022).
MEMBRES
PUBLICATIONS
Publications (5 dernières années)
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Jardinaud MF, Carrere S, Gourion B, Gamas P. 2022. Symbiotic Nodule Development and Efficiency in the Medicago truncatula Mtefd-1 Mutant is Highly Dependent on Sinorhizobium Strains. Plant Cell Physiol 2022 Sep 24:pcac134. doi: 10.1093/pcp/pcac134.
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Pecrix Y, Sallet E, Moreau S, Bouchez O, Carrere S, Gouzy J, Jardinaud MF, Gamas P. 2022. DNA demethylation and hypermethylation are both required for late nodule development in Medicago. Nat Plants. 8:741-749. doi: 10.1038/s41477-022-01188-w.
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Jardinaud MF, Fromentin J, Auriac MC, Moreau S, Pecrix Y, Taconnat L, Cottret L, Aubert G, Balzergue S, Burstin J, Carrère S, Gamas P. 2022. MtEFD and MtEFD2: two transcription factors with distinct neofunctionalization in symbiotic nodule development. Plant Physiol 2022 189:1587-1607. doi: 10.1093/plphys/kiac177.
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Pecrix Y, Staton SE, Sallet E, Lelandais-Brière C, Moreau S, Carrère S, Blein T, Jardinaud MF, Latrasse D, Zouine M, Zahm M, Kreplak J, Mayjonade B, Satgé C, Perez M, Cauet S, Marande W, Chantry-Darmon C, Lopez-Roques C, Bouchez O, Bérard A, Debellé F, Muños S, Bendahmane A, Bergès H, Niebel A, Buitink J, Frugier F, Benhamed M, Crespi M, Gouzy J, Gamas P. 2018. Whole-genome landscape of Medicago truncatula symbiotic genes. Nat Plants 4:1017-1025. doi: 10.1038/s41477-018-0286-7.
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