Les légumineuses sont des plantes capables d’héberger dans leurs organes symbiotiques (nodosités) des densités spectaculaires de bactéries mutualistes fixatrices d’azote (les rhizobia). La tolérance de la plante envers les bactéries mutualistes est permise par une suppression partielle de l’immunité innée dans les nodosités. Les nodosités peuvent donc représenter des opportunités d’infection pour des micro-organismes phytopathogènes. En effet, les travaux de Claire Benezech et al. ont montré que les nodosités de la légumineuse modèle Medicago truncatula peuvent être infectées par la bactérie phytopathogène Ralstonia solanacearum et ce, soit en transitant par le système racinaire soit en entrant directement dans les nodosités depuis le sol. Toutefois, lors d’une infection directe des nodosités, la colonisation du reste du système racinaire est entravée. Dans ce cas de figure, l’infection de R. solanacearum est très majoritairement restreinte aux nodosités. Les flux de R. solanacearum autour de la frontière nodosité-racine sont donc asymétriques chez M. truncatula. Ce phénomène pourrait permettre de compenser les faibles réponses immunitaires présentes dans les nodosités. Ce phénomène permettrait à la fois à la plante de tolérer les bactéries mutualistes sans pour autant être particulièrement vulnérable à l’attaque de microorganismes phytopathogènes.
Le projet de thèse vise à étudier l’impact de l’inoculation de R. solanacearum sur le mutualisme entre diverses légumineuses et leurs souches de rhizobia respectives. De manière réciproque, il s’intéresse aussi à l’impact de l’interaction mutualiste sur la résistance des plantes envers R. solanacearum. Plus spécifiquement, ce projet de thèse s’intéresse au phénomène d’asymétrie de flux à la frontière nodosité-racine. Il vise à explorer le mécanisme moléculaire le sous-tendant et à savoir si ce phénomène est conservé chez d’autres plantes nodulantes.
Nous avons pu montrer que R. solanacearum GMI1000 infectait efficacement des jeunes plants de légumineuses tels que Lotus japonicus MG20 et Pisum sativum (variété « Douce Provence ») mais que des plantes adultes interagissant avec leurs symbiotes respectifs étaient résistants à ce pathogène. Ces résistances se font sans compromission du mutualisme avec les rhizobia. De manière réciproque, nous avons montré que l’établissement de l’interaction mutualiste avec les rhizobia accroît la résistance de L. japonicus à R. solanacearum. Concernant l’asymétrie de flux à la frontière nodosité-racine, nous avons montré que ce phénomène est conservé avec d’autres plantes du genre Medicago. Nous avons exploré le mécanisme moléculaire à l’origine de ces flux asymétriques et avons montré qu’ils n’étaient pas gouvernés par les peptides NCR. La motilité et le chimiotactisme de R. solanacearum ne contribue pas à la séquestration du pathogène dans les nodosités mais le chimiotactisme semble favoriser la colonisation des nodosités. Nous avons aussi montré que donner accès aux traces vasculaires des nodosités permet d’accroître légèrement mais significativement la proportion de bactéries capables de se disséminer hors de cet organe. En conséquence, il est probable qu’un autre mécanisme permette de limiter la dissémination des pathogènes depuis la nodosité mais ce mécanisme n’a pas été identifié au cours de cette thèse. Enfin, l’asymétrie de flux à la frontière nodosité-racine est également conservé avec la bactérie phytopathogène Dickeya dadantii qui, contrairement à R. solanacearum, n’est pas un pathogène vasculaire. Ce phénomène permet de limiter de manière efficace la propagation des symptômes lorsque ce pathogène infecte les nodosités de la plante. |
Legumes are capable of hosting spectacular densities of mutualistic nitrogen-fixing bacteria (rhizobia) in their symbiotic organs (nodules). Plant tolerance to mutualistic bacteria is enabled by a partial suppression of innate immunity in the nodules. Nodules can therefore represent infection opportunities for phytopathogenic micro-organisms. Indeed, Claire Benezech et al. have shown that the nodules of the model legume Medicago truncatula can be infected by the phytopathogenic bacterium Ralstonia solanacearum, either by transiting the root system or by entering the nodules directly from the soil. However, in the case of direct infection of nodules, colonization of the rest of the root system is hampered. In this case, R. solanacearum infection is largely restricted to the nodules. The flow of R. solanacearum at the nodule-root interface is therefore asymmetrical in M. truncatula. This phenomenon could compensate for the weak immune responses of nodules and would enable the plant to tolerate mutualistic bacteria without being particularly vulnerable to attack by phytopathogenic microorganisms.
The aim of this thesis project is to study the impact of R. solanacearum inoculation on mutualism between legumes and their corresponding rhizobia. Reciprocally, it is also interested in the impact of mutualistic interaction on plant resistance to R. solanacearum. More specifically, it focuses on the phenomenon of asymmetric flows at the root-nodule interface, and aims to explore the underlying molecular mechanism and whether this phenomenon is conserved in other nodulating plants.
We were able to show that R. solanacearum GMI1000 efficiently infect young seedlings of leguminous plants such as Lotus japonicus MG20 and Pisum sativum ("Douce Provence" variety), but that adult plants interacting with their respective symbionts are resistant to this pathogen. These resistances are achieved without compromising rhizobia mutualism. Reciprocally, we have shown that the establishment of mutualistic interaction with rhizobia enhances the resistance of L. japonicus to R. solanacearum. Concerning asymmetric flows at the root-nodule interface, we have shown that this phenomenon is conserved with other plants of the Medicago genus. We explored the molecular mechanism behind these asymmetric flows and showed that they were not governed by NCR peptides. R. solanacearum motility and chemotaxis do not contribute to pathogen sequestration in nodules, but chemotaxis appears to promote nodule colonization. We have also shown that providing access to the vascular traces of nodules slightly but significantly increases the proportion of bacteria capable of disseminating outside this organ. Consequently, it is likely that another mechanism limits pathogen dissemination from the nodule, but this mechanism was not identified during the course of this thesis. Finally, asymmetric flows at the root-nodule interface is also conserved with the phytopathogenic bacterium Dickeya dadantii which, unlike R. solanacearum, is not a vascular pathogen. This phenomenon effectively limits the spread of symptoms when this pathogen infects plant nodules. |