Analyse de l’interaction tripartite légumineuses, bactéries symbiotiques fixatrices d’azote et pucerons.

Présidente du jury :            

• Pr. Cécile SABOURAULT - Pr., CNRS, Université of Côte d'Azur Nice 

 Rapporteurs :    

• Pr. Hubert CHARLES - Pr., INSA, Lyon.
• Dr. Pierre-Emmanuel COURTY - Dr., INRAE, Dijon.

Examinateurs/trices :

• Pr. Véronique GRUBER - Pr., IPS2, Université Paris-Saclay Paris.

Directrices de Thèse :

• Pr. Marylène POIRIÉ - Pr., INRAE, Université Côte d'Azur Nice
• Pr. Pierre FRENDO - Pr., INRAE, Université Côte d'Azur Nice

Résumé :

Les bactéries symbiotiques jouent un rôle clé dans le développement et l’adaptation de leurs plantes hôtes. De précédentes analyses montrent que la symbiose entre la légumineuse Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti stimule la défense des plantes contre le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Ma thèse porte sur la manière dont l'interaction luzerne-puceron est influencée par la bactérie symbiotique de la plante.

J'ai d’abord étudié comment la symbiose fixatrice d'azote (NFS) de M. truncatula module le métabolisme des feuilles lors d'une infestation de pucerons. Une analyse métabolomique (LC-MS et GC-MS) et une analyse de l'expression des gènes de défense par RT-qPCR ont été réalisées pour des plantes NFS et des plantes nourries au nitrate (non inoculées ; NI), avec et sans infestation de pucerons (Amp). J’ai observé que l'accumulation de métabolites primaires et spécialisés est modulée à la fois par le NFS et par les pucerons. Parmi les 194 métabolites identifiés, 62 composés liés à la défense tels que le salicylate, le pipecolate, l'acide gentisique et plusieurs sucres solubles sont régulés de manière différentielle par les pucerons à la fois dans les conditions NFS et NI. 19 métabolites, dont des saponines triterpénoïdes, sont accumulés spécifiquement dans les conditions NFS_Amp. J’ai confirmé que les plantes infestées par les pucerons ont une expression significativement plus élevée du gène PR1, un marqueur de la voie de l'acide salicylique, à la fois dans les conditions NFS et NI. L'inhibiteur de protéinase PI, un marqueur de la voie de l'acide jasmonique, est également induit par les pucerons, mais significativement plus dans les conditions NFS par rapport aux NI. Nous avons également observé dans les plantes infestées par les pucerons une expression significativement plus élevée des gènes de la voie des phénylpropanoïdes, tandis que la D-pinitol déshydrogénase n'était induite significativement que dans les plantes NI infestées. Ainsi, en plus de fournir l'azote pour la plante, la NFS stimule l'accumulation de métabolites spécialisés dans les défenses en cas d'attaque de pucerons.

Les pucerons se nourrissant de phloème, un fluide vital pour le transport des solutés et la défense de la plante, j'ai également analysé le métabolome et le protéome du phloème de M. truncatula NFS et NI, avec et sans infestation. Les protéines ont été analysées in gel par LC-MSMS et le métabolome non ciblé par LC-MS C18 et HILIC. 61 métabolites liés à la défense comme l'acide salicylique, l'acide pipécolique, le DIBOA, et 12 protéines liées à la défense comme PR-10, Hevein, ABA-responsive protein, ont été significativement changées par les pucerons à la fois dans les conditions NFS et NI. Une analyse MixOmics a permis de montrer que les protéines de développement telles que l'amine oxydase et la protéinase aspartique de type nepenthesin étaient corrélées négativement avec des métabolites de défense tels que l'acide salicylique et l'acide p-hydroxybenzoïque produits pendant l'infestation, alors que les protéines liées à la défense telles que la plastocyanine-like domain étaient corrélées positivement. Cela se traduit par une production réduite d'acides carboxyliques et une augmentation globale des composés phénoliques et des isoflavones pendant l'infestation. Bien que je n’aie pas trouvé de métabolites ou de protéines de la plante significativement modulés par la NFS pendant l'infestation, j’ai constaté l'accumulation de 37 protéines cellulaires et membranaires de pucerons dans le phloème, dont 20 étaient significatives pour les conditions du NFS pendant l'infestation suggérant une atteinte physiologique.

Ces résultats jettent les bases de l'intégration des interactions symbiotiques dans les recherches futures et de l'exploration de leurs applications pratiques en tant qu'amélioration potentielle des défenses des plantes contre les herbivores, pouvant constituer une nouvelle stratégie de lutte intégrée contre les ravageurs.

Mots Clefs : Puceron du pois (Acyrthosiphon pisum), Medicago truncatula, symbiose, rhizobium, fixation de l'azote, défense des plantes, métabolomiques, protéomiques.

En présentiel ou via Zoom : https://univ-cotedazur.zoom.us/j/82444390837?pwd=WbfxdOabAejL89XqMrn1nwJ44Pengv.1

ID de réunion : 824 4439 0837
Code secret : 874462