Réunion du Comité scientifique Cluster 9 QP

Titre de la thèse : Dialogue moléculaire dans la symbiose Frankia-aulne.
Directeur de Thèse : Philippe Normand, DR1 CNRS, Université de Lyon
Co-direction : Petar Pujic, IR1 CNRS, Université de Lyon
Couleur scientifique attachée à la thèse : Micro-organismes, interactions, infections
Résumé de la thèse
Les plantes envoient leurs racines dans le sol, un biotope rempli d’organismes dont plusieurs
sont pathogènes. Les plantes ont par ailleurs un cortège de symbiotes qui améliore leur productivité
et leur permettent de coloniser des écosystèmes pauvres et ainsi initier des successions végétales. Il
est donc essentiel pour les plantes de distinguer entre pathogènes et symbiotes et elles ont
développé des chaînes de signalisation pour lutter contre les premiers et s’associer aux seconds par
l’organogénèse de structures spécialisées comme les nodules. Plusieurs travaux récents ont permis
de comprendre quels étaient les mécanismes impliqués, aussi bien du côté de la bactérie que du côté
de la plante-hôte. La synthèse par les bactéries de composés de type facteur Nod ou d’hormones
sont parmi les mécanismes connus chez les microorganismes ayant établi des symbioses racinaires.
Les plantes symbiotiques ont des récepteurs-kinase qui perçoivent les signaux bactériens,
déclenchant le programme symbiotique comprenant la synthèse de dizaines de nodulines. Tous ces
phénomènes sont bien connus dans la symbiose Rhizobium-Légumineuse, ils le sont moins dans le
cas des autres symbioses racinaires comme la symbiose entre l’actinobactérie Frankia et sa plante-
hôte. La question à laquelle nous cherchons à répondre est celle de la conservation dans la symbiose
Frankia-aulne des mécanismes connus dans la symbiose Rhizobium-Légumineuse par une approche
en cours d’analyse d’EST, approche qui a déjà permis d’identifier un grand nombre d’homologues
des gènes connus comme impliqués dans la symbiose chez les Légumineuses. Il y a donc chez la
plante une grande conservation de la voie de signalisation symbiotique.
Dans ce contexte, il est donc étonnant que chez Frankia, nous ayons constaté l’absence de
gènes nod canoniques Néanmoins nous avons constaté la présence d’un composé comparable au
facteur Nod synthétisé par Frankia qui induit une déformation des poils racinaires chez l’aulne. Par
la suite, les bactéries pénètrent ces tissus néo-formés et initient l’infection de la plante. Le but de
cette thèse est donc l’identification par une démarche de fractionnement et suivi de l’activité
biologique du composé responsable et l’étude des réponses de la plante par approche
transcriptomique.

Contacts : Petar Pujic, tel 3 2986, [email protected], Philippe Normand, tel 31676, [email protected]
Hypothèses
La bactérie Frankia synthétise des effecteurs ayant des analogies au facteur Nod de Rhizobium, et ce à l’aide
de gènes non-homologues aux gènes nod de Rhizobium.
Thèmes et approches utilisées
Le 1er thème sera l’identification du composé de Frankia déformant les poils racinaires. La structure de ce
composé sera déterminée par des approches directes (GC-MS, RMN) et indirectes (sensibilité enzymatique,
chimique).
Un 2è thème sera l’identification des gènes impliqués. Ce travail d’inactivation par transposition permettra
d’identifier la fonction de chacun des gènes impliqués par gain de fonction chez l’hôte hétérologue
Streptomyces lividans.
Enfin, nous caractériserons la réponse globale de la plante par transcriptomique et confirmation par Q-PCR
de gènes cibles.
Financement : Un projet ANR Blanc (Sesam, coordinateur D. Bogusz, Montpellier) a été obtenu
en 2009 sur ce sujet et ce pour 3 ans (2010-2012).
Références récente de l’équipe sur ce sujet (membres de l’équipe en gras) :
Alloisio N, Queiroux C, Fournier P, Pujic P, Normand P, Vallenet D, Médigue C, Yamaura M,
Kakoi K, & Kucho KI. 2010. The Frankia alni symbiotic transcriptome. MPMI 23 : 593-
607.
Alloisio N, Felix S, Marechal J, Pujic P, Rouy Z, Vallenet D, Medigue C & Normand P. 2007.
Frankia alni proteome under nitrogen-fixing and nitrogen-replete conditions. Physiologia
Plantarum 130: 440-453.
Bagnarol E, Popovici J, Marechal J, Alloisio N, Pujic P, Normand P & Fernandez MP. 2007.
Frankia proteins induced by phenolic extracts from Myricaceae seeds. Emphasis on
oxidative stress and iron metabolism. Physiologia Plantarum 130: 380-390.
Hocher V, Alloisio N, Auguy F, Fournier P, Doumas P, Pujic P, Gherbi H, Queiroux C, Da Silva
C, Wincker P, Normand P & Bogusz D. 2011. Transcriptomics of actinorhizal symbioses
reveals homologs of the whole common symbiotic signaling cascade. Plant Physiol 156 :
1-12.
Normand P, Lapierre P, Tisa LS, Gogarten JP, Alloisio N, Bagnarol E, Bassi CA, Berry AM,
Bickhart DM, Choisne N, Couloux A, Cournoyer B, Cruveiller S, Daubin V, Demange N,
Francino MP, Goltsman E, Huang Y, Kopp OR, Labarre L, Lapidus A, Lavire C,
Marechal J, Martinez M, Mastronunzio JE, Mullin BC, Niemann J, Pujic P, Rawnsley T,
Rouy Z, Schenowitz C, Sellstedt A, Tavares F,Tomkins J, Vallenet D, Valverde C, Wall
LG, Wang Y, Medigue C & Benson DR. 2007. Genome characteristics of facultatively

symbiotic Frankia sp. strains reflect host range and host plant biogeography. Genome
Research 17: 7-15.