Symbioses Plantes - Microorganismes

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Anne Patel
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1 Symbioses Plantes - Microorganismes 1. Diversité des interactions Plantes- Microorganismes 2. Les interactions Legumineuses-Rhizobia 3. Les interactions Plantes-Mycorrhiza Thierry Heulin (DR, CNRS) / Cécile Vriet - 21 Février 2013

2 Diversité des interactions Plantes-Microorganismes

3 Arbre phylogénétique

4 Arbre phylogénétique (incl. Rhizbacteria) Ciccarelli et al., Science (2006), vol 311, 1283-

5 Concept de mutualisme et de symbiose Le mutualisme est une interaction facultative positive entre deux organismes. Ex: les fleurs et les insectes pollinisateurs La symbiose est un cas particulier de mutualisme: les organismes «vivent ensemble», en une association réciproquement bénéfique. La symbiose accroît la valeur sélective (contribution à la génération suivante) des deux organismes. Au cours de l évolution, on peut passer facilement du mutualisme à la symbiose.

«vivent ensemble», en une association réciproquement bénéfique.

6 Les differents types de symbioses D après : Marc-Henri Sélosse (2000). «La symbiose : structure et fonctions, rôle écologique et évolutif». Editeur :Vuibert (ISBN ).

7 Exemples de symbioses

8 Exemples de symbioses

9 Exemples de symbioses

10 Exemples de symbioses SYMBIOSE CYANOBACTERIES / CHAMPIGNON : LES LICHENS

11 Exemples de symbioses SYMBIOSE CYANOBACTERIES / FOUGERE : AZOLLA/ANABAENA

12 Exemples de symbioses SYMBIOSE CYANOBACTERIES / CYCADES

13 Exemples de symbioses

14 Exemples de symbioses SYMBIOSE ACTINORHIZIENNE FRANKIA / ALNUS

15 Exemples de symbioses

16 Exemples de symbioses 90 % des espèces végétales sont mycorhizées

17 Exemples de symbioses D après : Marc-Henri Sélosse (2000). «La symbiose : structure et fonctions, rôle écologique et évolutif». Editeur :Vuibert (ISBN ).

18 Exemples de symbioses SYMBIOSE RHIZOBIUM / LEGUMINEUSES

19 Endosymbioses racinaires Endomycorhizienne Fixatrice d azote - nutrition minérale (Pi ) - très ancienne ( a.), 80 % des plantes terrestres - champignons (Glomales) - faible spécificité d hôte - pas d organogenèse - nutrition azotée - plus récente ( a.), légumineuses - bactéries (Rhizobiacées) - forte spécificité d hôte - organogenèse (nodules)

), 80 % des plantes terrestres - champignons (Glomales) - faible spécificité d hôte - pas

20 Symbiose Legumineuses- Rhizobia (fixatrice d azote)

21 Symbiose fixatrice d azote Rhizobium-legume symbiosis: N 2 fixation happens in root nodules Complex developmental process that requires genes of both bacteria and plants It is species-specific Bacterium and plant respond to signals from each other

22 Cycle de l azote fixation non biologique ( t/an) N N fixation biologique ( t/an) végétaux dénitrification R-NH2 ammonification ammonification nitratation NO 3 - NO 2 - nitrification animaux NH 4 + nitrosation air sol

23 Fixation de l azote atmosphérique La nitrogénase : N H + 8 e ATP 2 NH 3 + H ADP + 16 Pi Réaction fortement consommatrice d ATP La nitrogénase est inactivée par l oxygène > fixation de N 2 à lieu dans des cellules spécialisées dans lesquelles la nitrogénase est présente et la concentration en oxygène est faible.

24 Fixation de l azote atmosphérique La nitrogenase est presente seulement chez quelques bacteries: Les cyanobacteries (ex: anabaena; fixation de N 2 au sein d heterocystes) Les bacteries du sol fixatrice d azote - en relation symbiotique avec les plantes de la familles des legumineuses/fabacées (ex: rhizobium, fixation de N 2 dans des nodules)

25 Symbiose fixatrice d azote Azote: majeur facteur limitant de la croissance et du rendement des plantes cultivées Les légumineuses/fabacées: Troisième plus grande famille chez les angiospermes Grande importance agronomique et alimentaire/économique du fait de leur capacité a former des symbioses avec les rhizobia utilisés en crop rotation, comme fertilisant vert (riche en ammonia) riche en protéines (graines, feuilles); importante source de protéines végétales pour l alimentation animale et humaine Exemple: Luzerne, trèfle, lotier, lentille, pois, soja, haricot, lupin

26 Symbiose fixatrice d azote 35% des protéines consommées dans le monde par l homme + sources de lipides et de métabolites 2 aires (isoflavonoïdes)

27 Symbiose fixatrice d azote

28 Symbiose fixatrice d azote

29 Symbiose fixatrice d azote

30 Symbiose fixatrice d azote Oldroyd & Downie (2004). Calcium kinases and nodulation signalling in legumes. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 5,

31 Symbiose fixatrice d azote Infection des poils absorbants par Rhizobium Inoculé Hac = hair curling = courbure de poil Non inoculé

32 Symbiose fixatrice d azote

33 Symbiose fixatrice d azote Jeune nodule et racine latérale émergente (3 dpi)

34 Symbiose fixatrice d azote Medicago truncatula WT ; 4 j post-inoc

35 Symbiose fixatrice d azote

36 Symbiose fixatrice d azote Nodule indeterminé vs nodule determiné

37 Symbiose fixatrice d azote Coordinated root development during nodulation

38 Symbiose fixatrice d azote Nod factor signaling in the epidermis

39 Symbiose fixatrice d azote Nodule meristem formation in the cortex

40 Symbiose fixatrice d azote

41 Symbiose fixatrice d azote

42 Symbiose fixatrice d azote

43 Symbiose fixatrice d azote

44 Symbiose fixatrice d azote

45 Symbiose fixatrice d azote

46 Symbiose fixatrice d azote

47 Symbiose fixatrice d azote

48 Symbiose fixatrice d azote

49 Symbiose fixatrice d azote

50 Symbiose fixatrice d azote

51 Symbiose Plantes-Mycorrhiza

52 Symbiose AM Root colonization by AM fungi In most legumes In carrot Trends in Plant Science Volume 13, Issue 9, September 2008, Pages

53 Symbiose AM Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008)

54 Symbiose AM Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008)

55 Symbiose AM Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008)

56 Symbiose AM Phosphate uptake pathways

57 Symbiose AM Symbioses bactérienne et mycorhizienne: quels sont les points communs? - Les microsymbiontes doivent pénétrer la racine à travers l épiderme et le cortex sans susciter des réactions de défense chez la plante - mutations de la plante hôte qui affectent les deux symbioses (Nod- / Myc-) - similarités structurales et biochimiques des interfaces endocellulaires d échange - activation de gènes de nodulines précoces par la mycorhization - réactions de défense limitées mécanismes communs ou similaires de perception et transduction des signaux, de développement etc? Intérêt de l étude comparative de ces deux symbioses, et // autres interactions biotiques

58 Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008) Symbiose AM

59 Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008) Symbiose AM

60 Pour approfondir Oldroyd GE, Downie JA. Coordinating nodule morphogenesis with rhizobial infection in legumes. Annu Rev Plant Biol. 2008;59: PubMed PMID: Corradi N, Bonfante P. The arbuscular mycorrhizal symbiosis: origin and evolution of a beneficial plant infection. PLoS Pathog. 2012;8(4):e PubMed PMID: Parniske M. Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses. Nat Rev Microbiol Oct;6(10): PubMed PMID: Jones KM, Kobayashi H, Davies BW, Taga ME, Walker GC. How rhizobial symbionts invade plants: the Sinorhizobium-Medicago model. Nat Rev Microbiol Aug;5(8): PubMed PMID: Denison RF, Kiers ET. Life histories of symbiotic rhizobia and mycorrhizal fungi. Curr Biol Sep 27;21(18):R PubMed PMID: Bhattacharyya PN, Jha DK. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): emergence in agriculture. World J Microbiol Biotechnol Apr;28(4): PubMed PMID:

61 Livres de synthèse et crédits schémas et photos Madigan, Martinko et Parker (2000) Brock «Biology of Microrganisms» 9 ème édition. Prentice Hall Ed. (ISBN ). Raven, Evert, Eichorn (2000). «Biologie Végétale». Editeur : De Boeck Université (ISBN ). Marc-Henri Sélosse (2000). «La symbiose : structure et fonctions, rôle écologique et évolutif». Editeur :Vuibert (ISBN ). Des sites internets Microbiologie générale Phylogénie Rhizobium Mycorhizes

63 Symbiose fixatrice d azote

64 Symbiose fixatrice d azote

65 Symbiose fixatrice d azote

66 Symbiose AM Martin Parniske Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses Nature Reviews Microbiology 6, (October 2008)

67 Symbiose fixatrice d azote : étapes de la formation d un nodule de type indéterminé II I Méristème Infection Interzone rhizobia Infection III Fixation d azote Epiderme IV Sénescence Cortex Endoderme Péricycle Organogenèse nodulaire Formation du méristème Nodule mature

68 Nodulines et gènes de nodulines : de nombreux types de gènes peuvent être induits au cours de la symbiose Rhizobium-légumineuse Signal (Nod factor) perception and transduction Morphogenetic / molecular responses Infection: mechanism and control II I III Signalling New metabolic fluxes : C sink - N source IV Senescence Cell cycle reactivation Root nodule organogenesis

69 Facteurs Myc (LCOs)

70 Gherbi H et al., Trends in Microbiology Vol.17 No

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