Les relations symbiotiques entre les rhizobia et leurs légumineuses hôtes sont le plus souvent spécifiques : une souche rhizobienne donnée ne peut former des nodules que chez un nombre limité de légumineuses. Dans le couple modèle Medicago truncatula/Sinorhizobium meliloti, des molécules lipochitoligosaccharidiques, appelés facteurs Nod portant des décorations spécifiques, sont des déterminants importants de la nodulation et du spectre d'hôtes. Bien qu'il soit connu que les récepteurs de la famille LysM-RLK sont impliqués dans la perception des facteurs Nod, les mécanismes moléculaires qui permettent la reconnaissance des différentes décorations des facteurs Nod sont encore mal compris. Afin d’identifier les déterminants génétiques impliqués dans la reconnaissance de la structure des facteurs Nod, une population de M. truncatula mutagénisée par EMS a été criblée pour trouver des mutants capables de former des nodules avec une souche mutante nodH de S. meliloti produisant des facteurs Nod non sulfatés incapables de noduler l’accession sauvage de M. truncatula. Deux mutants ont ainsi été isolés capables de former des nodules avec la souche mutante nodH tout en conservant leur capacité à former des nodules en présence d'une souche sauvage de S. meliloti. Une lignée de M. truncatula portant les deux mutations présente un phénotype plus fort que les deux simples mutants. Les analyses génétiques ont montré que les mutations sont monogéniques et la cartographie génétique et le séquençage de gènes candidats ont permis d'identifier des mutations causales éventuelles dans le récepteur LysM-RLK, NFP et la E3-ubiquitine ligase PUB1. Grâce à une combinaison d’approches, la mutation dans le gène Pub1 a été reconnue responsable du phénotype. Les inoculations de ce mutant par des souches mutantes de rhizobia produisant des facteurs Nod altérés dans leurs différentes substitutions ou en absence de rhizobium montrent que les réponses du mutant Pub1 ne sont pas spécifiques du sulfate. La comparaison de l’application de différentes concentrations de facteurs Nod sulfatés ou non à des lignées de M. truncatula sauvage ou mutante exprimant le gène rapporteur pEnod11-GUS suggère que la mutation Pub1 n’est pas responsable d’une activation globale de la réponse aux facteurs Nod. La mutation dans PUB1 est localisée dans la partie C-terminale de la protéine contenant des répétitions ARMADILLO connues pour jouer un rôle dans les interactions protéine-protéine. Des expériences de double hybrides dans la levure ont montré que cette mutation n’affecte pas l'interaction de PUB1 avec ces partenaires établis, DMI2 et LYK3, mais a aboli l'interaction avec NFP. Ces résultats indiquent que la reconnaissance de la structure du facteur Nod ne dépend pas seulement de la liaison spécifique des facteurs Nod aux domaines LysM extracellulaires des récepteurs LysM-RLK mais implique également d'autres mécanismes susceptibles d'affiner l'activité et la spécificité des complexes récepteurs des facteurs Nod. |
Symbiotic relationships between rhizobia and their legume hosts are usually specific: a given rhizobium strain can only nodulate a limited number of legumes. In the Medicago truncatula/Sinorhizobium meliloti model system, lipochitoligosaccharide molecules, called Nod factors carry specific decorations, and are important determinants of nodulation and host range. Although it is known that receptors of the LysM-RLK family are involved in the perception of Nod factors, the molecular mechanisms that allow the recognition of the different decorations of Nod factors are still poorly understood. In order to identify the genetic determinants involved in the recognition of Nod factor structure, a population of M. truncatula mutagenized by EMS was screened for mutants able to nodulate with a nodH mutant strain of S. meliloti producing non-sulphated Nod factors; this strain is unable to nodulate the wild-type accession of M. truncatula. Two mutants were thus isolated that were able to form nodules with the nodH mutant strain while retaining their ability to nodulate in the presence of a wild-type strain of S. meliloti. A M. truncatula line carrying both mutations showed a stronger phenotype than the two single mutants. Genetic analyses showed that the mutations are monogenic and genetic mapping and sequencing of candidate genes identified possible causal mutations in the LysM-RLK receptor NFP and the E3-ubiquitin ligase PUB1. Through a combination of approaches, the mutation in the Pub1 gene was found to be responsible for the phenotype. Inoculations of this mutant with mutant strains of rhizobia producing Nod factors altered in their different substitutions or in the absence of rhizobium showed that the responses of the Pub1 mutant were not sulphate specific. Comparison of the application of different concentrations of sulphated and non-sulphated Nod factors to wild-type and mutant M. truncatula lines expressing the pEnod11-GUS reporter gene suggests that the Pub1 mutation is not responsible for a global activation of the Nod factor response. The mutation in PUB1 is located in the C-terminal part of the protein containing ARMADILLO repeats known to play a role in protein-protein interactions. Double-hybrid experiments in yeast showed that this mutation did not affect the interaction of PUB1 with its established partners, DMI2 and LYK3, but abolished the interaction with NFP. These results indicate that the recognition of the Nod factor structure does not only depend on the specific binding of Nod factors to the extracellular LysM domains of LysM-RLK receptors but also involves other mechanisms that may refine the activity and specificity of Nod factor receptor complexes. |