Comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires sous-jacents aux interactions plante-plante (IPP) est essentiel pour comprendre le fonctionnement des communautés végétales naturelles afin d'optimiser les mélanges d'espèces cultivées. Cependant, il existe encore peu d’informations sur ces mécanismes et seuls quelques gènes associés à la variation naturelle des IPP ont été clonés.
Sur la base d'un GWAS, le gène ESCAPE-1 (ESC-1) a été identifié et fonctionnellement validé comme médiateur de la réponse compétitive d'Arabidopsis thaliana à la présence de la poacée annuelle Poa annua, en établissant une stratégie d’échappement. L'identification de ce membre de la famille des kinases de type récepteurs extensine-like riches en proline est inattendue car on supposait jusqu'à présent que les IPP résultaient principalement d'interactions passives. Dans ce contexte, nous avons développé une combinaison d’approches de génétique, de biologie moléculaire et de biologie des systèmes pour décrypter les mécanismes complexes qui sous-tendent cette réponse. L'identification d'interacteurs physiques d’ESC-1 chez la levure suivie d'une analyse transcriptomique des lignées dérégulées pour ESC-1, en réponse à P. annua, nous a permis d'explorer les voies impliquées dans la perception et la réponse à des plantes compétitrices. L’utilisation de ces données avec une approche de biologie des systèmes nous a conduit à la reconstruction des deux premiers réseaux d’interactions protéine-protéine pour les IPP. ESC-1 fait partie d'une réponse de reprogrammation des racines et des feuilles qui sont différentes en termes de nombre et de fonctions de gènes, reflétant une détection potentielle de P. annua dans la racine suivie d'une réponse génétique foliaire. L'implication de gènes participant aux interactions biotiques et au fonctionnement des réponses immunitaires classiques renforce l'hypothèse d'une discrimination plus active de la plante voisine. Enfin, ce travail a permis de décrypter les réseaux de régulation impliqués dans la réponse ESC-1-dépendante à P. annua et d'approfondir notre compréhension des IPP. |
Understanding the genetic and molecular mechanisms underlying plant-plant interactions (PPI) is essential to understand the functioning of natural plant communities to optimize crop species mixtures. However, there is still little information about these molecular mechanisms, and only a few genes associated with natural variation of PPI have been cloned.
Based on a GWAS, the gene ESCAPE-1 (ESC-1) was identified and functionally validated as mediating the competitive response of Arabidopsis thaliana to the presence of the annual grass Poa annua, by establishing an escaping strategy. The identification of this member of the Proline-rich extensin-like receptor-like kinase family is unexpected because PPI was so far mostly assumed to result from passive interactions. In this context, we developed a combination of genetics, molecular and system biology approaches to decipher the complex mechanisms underlying this response. Identification of ESC-1 physical interactors in yeast followed by a transcriptomic analysis of ESC-1 deregulated lines in response to P. annua, allowed us to explore the pathways involved in the perception and response of plant neighbors. Use of this data with a system biology approach led us to the reconstruction of the two first protein-protein interaction networks for PPI. ESC-1 is part of a root and leave reprogramming response that are different in gene number and functions, reflecting a potential detection of P. annua in the root followed by a foliar genetic response. Implication of genes that are part of biotic interactions and classic immune responses function reinforce the hypothesis of a more active discrimination of the plant neighbor. Finally, this work allowed to decipher the regulatory networks involved in the ESC-1-dependent response to P. annua and deepen our comprehension of PPI. |