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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes - LIPM

Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes

Non Légumineuses - Benoit Lefebvre

Perception de signaux symbiotiques et mycorhization chez les non-légumineuses.

La symbiose mycorhizienne à arbuscules: La plupart des plantes, y compris les céréales, forment une endosymbiose avec des champignons appartenant au groupe des Glomeromycota. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont bénéfiques pour les plantes en raison de leur capacité à coloniser le sol et les racines et à collecter des éléments nutritifs à partir d’un plus grand volume de sol que les racines des plantes. Les CMA pénètrent à l’intérieur de cellules corticales racinaires et échangent des nutriments à travers des structures appelées arbuscules. Les CMA fournissent des éléments nutritifs du sol (phosphore, azote et autres nutriments) aux plantes et reçoivent des carbohydrates et des lipides des plantes. Les CMA peuvent aussi protéger les plantes de stress biotiques et abiotiques. Cette interaction est décrite comme une symbiose mutualiste. Cependant des effets antagonistes sur la croissance des plantes sont parfois observés.

tomato root

Une racine de tomate colonisée par une souche du CMA Rhizophagus irregularis. Le champignon est coloré avec de l'encre (bleu). Les flèches longues pointent des arbuscules. Les flèches courtes pointent des hyphes extraracinaires.

Objectif de notre recherche: Nous voulons comprendre les mécanismes moléculaires des plantes qui influencent 1 / la colonisation des racines par les CMA et 2/ l’effet de la symbiose sur la croissance des plantes (qui peut être positif ou négatif).

B. distachyon

Modèles d’étude: En 2012, j'ai initié des études sur plusieurs plantes modèles et cultivées, comprenant des dicotylédones: Nicotiana benthamiana et Solanum lycopersicum (tomate) et des monocotylédones: Brachypodium distachyon et Triticum aestivum (blé).

Une plante de B. distachyon après 9 semaines dans une chambre de culture

A noter que Arabidopsis thaliana, une plante modèle largement utilisée pour les études de biologie végétale, est l'une des rares espèces qui ne peut pas former la symbiose AM.

Binding assays

Objectif 1: Déterminer le rôle de molécules produites par les CMA dans la mise en place de la symbiose. Des lipo-chitooligosaccharides (LCO) et chitooligosaccharides courts (CO) produits par les CMA sont capables d'activer une voie de signalisation chez les plantes, nécessaire à la colonisation par les CMA et sont donc probablement impliqués dans les mécanismes de colonisation. Notre stratégie consiste à identifier et caractériser les récepteurs de plantes pour ces LCOs et de COs. Des candidats appartiennent à la famille des Receptor-Like Kinases (RLKS) contenant des domaines LysM. Nous caractérisons les propriétés de liaisons des LysM-RLKS pour les LCOs et les COs en utilisant des molécules radiomarquées ou la technologie Microscale Thermophoresis. Nous déterminons les rôles biologiques dans lesquels sont impliqués ces récepteurs par des approches de génétique inverse. Nous cherchons aussi à purifier les protéines de liaison pour les LCOs et les COs à partir de fractions membranaires et à les identifier par spectrométrie de masse.

plant toulouse phenotyping platform

Objectif 2: Identifier les déterminants génétiques et les mécanismes moléculaires qui contrôlent chez les plantes le bénéfice de la symbiose avec les CMA. Pour répondre à cet objectif, nous étudions la variabilité génétique naturelle de B. distachyon. Cela comprend l'analyse de la croissance des plantes jusqu'à la production de graines ainsi que et la mesure de la transcription de gènes en présence ou absence à diverses souches fongiques et dans divers environnements. L'objectif est d'identifier les mécanismes moléculaires qui influencent les réponses des plantes aux CMA en utilisant des approches génétiques quantitatives. Pour cela, nous utilisons la nouvelle plateforme de phénotypage des plantes de Toulouse permettant de mesurer de manière automatisée la cinétique de croissance de différents génotypes de B. distachyon en présence ou en absence de CMA.

wheat root epiphytes

Objectif 3: Caractériser les intercations fonctionnelles entre CMA et bactéries du sols et mesurer l'effet des pratiques agricoles sur les communautés de CMA et bactéries associées. Nous avons initié un programme de recherche visant à déterminer les interactions entre les communautés de bactéries et de CMA associées aux racines de blé en champ et leurs effets sur le bénéfice de la symbiose chez les plantes. Pour cela, nous identifions ces communautés par des approches de métagénomique et nous isolons des souches bactériennes et de CMA associées aux racines de blé. La croissance de plusieurs cultivars de blé sera ensuite mesurée en présence ou en absence de combinaisons de CMA et de bactéries.

Responsable du projet:

• Benoit Lefebvre (DR2 INRA)

researcherID logo

Les membres du projet:

• Yi Ding, doctorante (bourse Chinoise)
• Margot Trinquier (bourse université de Toulouse- Région Occitanie), co-encadrée par Christophe Roux (LRSV, Toulouse)
• Tongming Wang, post-doc (bourse chinoise)
• Mégane Gaston, CDD IE (financement WHEATSYM)
• Virginie Gasciolli, Technicienne

Ancien membres:

• Marie Cumener, CDD IE de 2012 à 2014
• Ariane Girardin, doctorante de 2014 à 2017
• Tongming Wang, doctorant de 2014 à 2018
• Claudia Bartoli, post-doct 2016 à 2018
• Luis Buendia, doctorant de 2015 à 2018 (co-encadrement avec Sandra Bensmihen)
• Camille Ribeyre, CDD AI de 2018 à 2019

Financements actuels:

Projet WHEATSYM (ANR PRCE, 2017-2021), coordinateur: B. Lefebvre
Projet Stress'n'Sym (Institut Carnot Plant2Pro, 2017-2020), coordinateur: B. Lefebvre

Financements passés:

Projet DIBAM (INRA SPE, 2018-2019), coordinateur: B. Lefebvre
Projet RHIZOWHEAT (IDEX ATS, 2016-2017), coordinateur: C. Masson (LIPM)
Projet SPE INRA (2014-2015), coordonnateur: J. Cullimore (LIPM)
Projet LCOinNONLEGUMES (ANR Jeune chercheur, 2011-2014), Coordinateur: B. Lefebvre
PICS (CNRS, 2011-2012), Coordinateur: B. Lefebvre

Publications récentes (2013-2018) :

Lefebvre B. 2020. An opportunity to breed rice for improved benefits from the arbuscular mycorrhizal symbiosis? New Phytol, 225:1404-1406

Girardin A, Wang T, Ding Y, Keller J, Buendia L, Gaston M, Ribeyre C, Gasciolli V, Auriac MC, Vernié T, Bendahmane A, Ried MK, Parniske M, Vandenbussche M, Schorderet M, Reinhardt D, Delaux PM, Bono JJ and Lefebvre B. 2019. LCO receptors involved in arbuscular mycorrhiza are functional for rhizobia perception in legumes. Current Biol, 29: 4249-4259

Buendia L, Ribeyre C, Bensmihen S, Lefebvre B. 2019. Brachypodium distachyon tar2lhypo mutant shows reduced root developmental response to symbiotic signal but increased arbuscular mycorrhiza. Plant Signal Behav 14: e1651608.

Buendia L., Maillet F., O’Connor D., van de-Kerkhove Q., Danoun S., Gough C., Lefebvre B. and Bensmihen S. 2019. LCOs promote lateral root formation and modify auxin homeostasis in Brachypodium distachyon. New Phytol, 221: 2190-2202

Buendia L., Girardin A., Wang T., Cottret L. and Lefebvre B. 2018 LysM Receptor-Like Kinase and LysM Receptor-Like Protein Families: An Update on Phylogeny and Functional Characterization. Front. Plant Sci. 9:1531

Gough C., Cottret L., Lefebvre B. and Bono JJ. 2018. Evolutionary History of Plant LysM Receptor Proteins Related to Root Endosymbiosis. Front Plant Sci. 9:923

Lefebvre B. 2017. Arbuscular mycorrhiza: A new role for N-acetylglucosamine. Nature Plants 3, 17085

Vernié T., Camut S., Camps C., Rembliere C., de Carvalho-Niebel F., Mbengue M., Timmers T., Gasciolli V., Thompson R., Le Signor C., Lefebvre B., Cullimore J. and Hervé C. 2016. PUB1 interacts with the receptor kinase DMI2 and negatively regulates rhizobial and arbuscular mycorrhizal symbioses through its ubiquitination activity in Medicago truncatula. Plant Physiol 170, 2312-2324

Buendia L., Wang T., Girardin A.  and Lefebvre B. 2016. The LysM receptor-like kinase SlLYK10 regulates the arbuscular mycorrhizal symbiosis in tomato. New Phytol 210, 184-195

Fliegmann J., Canova S., Lachaud C., Uhlenbroich S., Gasciolli V., Pichereaux C., Rossignol M., Rosenberg C., Cumener M., Pitorre D., Lefebvre B., Gough C., Samain E., Fort S., Driguez H., Vauzeilles B., Beau J.M., Nurisso A., Imberty A., Cullimore J. and Bono J.J. 2013. Lipo-chitooligosaccharidic symbiotic signals are recognized by the LysM receptor like kinase LYR3 in the legume Medicago truncatula. ACS Chemical Biology 8: 1900-1906

Pietraszewska-Bogiel A., Lefebvre B., Koini M.A., Klaus-Heisen D., Takken F.L.W., Geurts R., Cullimore J.V and Gadella T.W.J. 2013. Interaction of Medicago truncatula Lysin motif receptor-like kinases, NFP and LYK3, produced in Nicotiana benthamianaleaf induces a defence-like response. PlosOne 8(6):e65055

Park C.J., Sharma R., Lefebvre B., Canlas P.E, and Ronald P.C. 2013. Endoplasmic reticulum-quality control component SDF2 is essential for XA21-mediated immunity in rice. Plant Science 210:53-60