en tête DEA

Master Ecosciences, Microbiologie
Parcours Recherche « Ecologie Microbienne »
Bâtiment Dubois – 2ème étage
Université Claude Bernard Lyon 1
69622 – VILLEURBANNE CEDEX
Tel : 04 72 43 13 77
E-mail : [email protected]
http://spiral.univ-lyon1.fr/Files_m/M5298/WEB/EcologieMicrobienne.htm
PROPOSITION SUJET de MASTER 2015-2016
TITRE : Cellulases et cellulose synthase produites par la bactérie symbiotique Frankia alni et rôles lors de
l’infection de sa plante-hôte.
Nom, Prénom du Maître de Stage :
Encadrant : Petar PUJIC
Qualité : ingénieur
Téléphone : +33472431676
E-mail : [email protected]
Co-Encadrante : Hasna BOUBAKRI
Qualité : MCF
Téléphone :
+33472448200 E-mail : [email protected]
Laboratoire d’accueil, Responsable et équipe : UMR5557-USC1364, Ecologie Microbienne. Yvan MoenneLoccoz. Equipe « symbiose actinorhizienne »
Adresse : Université Claude Bernard Lyon I (Bât G. Mendel, 4e étage). Rue Dubois. 69622 Villeurbanne
Nom du candidat éventuellement proposé :
S'il n'est pas retenu, acceptez-vous un autre candidat ?
Oui
Description du sujet au verso

Contexte scientifique : Frankia (Gram+, GC>70%) est une actinobactérie en symbiose avec des plantes
dicotylédones en particulier l’aulne (Alnus spp.). Cette bactérie est capable de fixer l’azote
atmosphérique et de le transformer en nutriments assimilables pour la plante. En comparaison avec
l’autre symbiose plantes-microorganismes bien connue et plus étudiée qui est celle entre les Rhizobium
et les légumineuses, Frankia présente un plus grand spectre d’hôte. Cela rend cette symbiose attractive
pour une éventuelle extension biotechnologique à des plantes économiquement intéressantes.
Un des objectifs de l’équipe est de mieux comprendre les mécanismes d’infection de Frankia au niveau
de l’aulne par des approches "omics" et en identifiant les effecteurs symbiotiques synthétisés par le
partenaire microbien. Malheureusement, les difficultés de transformation génétique de Frankia ont
grandement freiné l’utilisation des méthodes classiques de génétique (construction de mutants, perte
de fonction) pour étudier ce dialogue. Pour contourner ce problème, des approches protéomiques
(Hammad, et al., 2003, Mastronunzio, et al., 2008), transcriptomiques (Alloisio, et al., 2010),
physiologiques (Pujic, et al., 2011, Carro, et al., 2015) ou génomiques (Normand, et al., 2007) ont été
menées dans l’équipe et ont permis d’identifier quelques effecteurs de cette symbiose.
Récemment, le rôle d’une cellulase a été démontré dans les 1ères étapes de l’infection chez le trèfle
(Robledo et al., 2008). Chez Frankia, il y a un amas de gène comportant deux cellulases ainsi qu’une
cellulose synthase surexprimées lors des tous premiers contacts mais non dans les nodules matures. Il
est par ailleurs paradoxal que Frankia ne puisse pas métaboliser le glucose, produit de l’action des
cellulases sur la cellulose, posant la question de la fonction, nutrition ou infection, de ces enzymes.
Hypothèses : On pose comme hypothèse que Frankia produise des cellulases et une cellulose synthase
qui sont nécessaires à son entrée dans la plante.
Démarche expérimentale :
1) Nous souhaitons explorer les capacités métaboliques de Frankia par rapport à ces composés
cellulosiques (sécrétion des enzymes, localisation, produits des deux cellulases et de la synthase)
2) Nous voulons identifier les conditions qui inhibent ou augmentent l’expression des gènes ou l’activité
enzymatique (produit = glucose, substrat compétitif = CMC (carboxy-methyl cellulose soluble),
interférant = métaux, anticorps anti-cellulase, et colorant spécifique rouge congo).
3) Des suivis transcriptomiques in planta seront réalisés dans différentes conditions physiologiques pour
identifier le niveau d’expression des gènes de l’amas lors des différentes étapes de l’infection.
4) Les gènes sont d’ores et déjà clonés dans E. coli et l’étudiant devra les transférer dans Streptomyces,
de façon à pouvoir étudier leurs effets sur les poils racinaires et savoir si les enzymes sont sécrétées ou
attachées aux bactéries.
5) Les protéines présentes dans la rhizosphère suite à la mise en contact de la bactérie avec la plante
seront suivies par protéomique (collaboration avec Jean Armengaud, CEA).
Collaborations : les analyses transcriptomiques seront coordonnées par Nicole Alloisio et les analyses
protéomiques seront en collaboration avec Jean Armengaud, CEA.
Référence :
Alloisio, N., C. Queiroux, et al. (2010). "The Frankia alni symbiotic transcriptome." Mol Plant Microbe Interact 23(5): 593-607.
Carro L, Pujic P, et al. (2015) Alnus peptides modify membrane porosity and induce the release of nitrogen-rich metabolites from
nitrogen-fixing Frankia. ISME J. 10.1038/ismej.2014.257.
Hammad, Y., R. Nalin, et al. (2003). "A possible role for phenyl acetic acid (PAA) on Alnus glutinosa nodulation by Frankia." Plant
Soil 254(1): 193-205.
Mastronunzio, J. E., L. S. Tisa, et al. (2008). "Comparative secretome analysis suggests low plant cell wall degrading capacity in
Frankia symbionts." BMC Genomics 9: 47.
Normand, P., P. Lapierre, et al. (2007). "Genome characteristics of facultatively symbiotic Frankia sp. strains reflect host range
and host plant biogeography." Genome Res 17(1): 7-15.
Pujic, P., P. Fournier, et al. (2011). "Lectin genes in the Frankia alni genome." Arch Microbiol 194(1): 47-56.
Raynal, A., F. Karray, et al. (2006). "Excisable cassettes: new tools for functional analysis of Streptomyces genomes." Appl
Environ Microbiol 72(7): 4839-44.
Robledo M, Jiménez-Zurdo JI, et al. (2008). "Rhizobium cellulase CelC2 is essential for primary symbiotic infection of legume host
roots". PNAS 105:7064-9.