Découverte de réseaux moléculaires symbiotiques chez les plantes par des approches basée sur l'évolution – EVOLSYM

L’acquisition de nutriments tels que l’azote et le phosphore est une contrainte majeure en agriculture, résultant en une augmentation significative de l’utilisation d’engrais chimique. La production de ces engrais dépend de réactions couteuses en énergie fossile. Il est aujourd’hui critique de trouver des alternatives à cet usage massif d’engrais si nous voulons faire évoluer notre système agricole vers des pratiques durables, raisonnées et plus respectueuses de l’environnement. Les plantes sont capables de former des symbioses avec de nombreux micro-organismes du sol, dont les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA). Cette symbiose est retrouvée chez plus de 80% des plantes terrestres. Lors de cette interaction bénéfique, le champignon MA qui colonise les racines de la plante transfert les nutriments qu’il puise dans le sol à son hôte. Toutefois, le bénéfice associé varie énormément, allant d’une association très favorable pour la plante hôte à une interaction entrainant une diminution de sa croissance. Si l’on veut tirer un bénéfice maximum de cette symbiose en agriculture, il est maintenant nécessaire de comprendre les mécanismes la régulant. L’établissement de cette symbiose entraîne une modification profonde du métabolisme de la plante et une accumulation d’un grand nombre de nouveaux métabolites. Ces métabolites ont été proposés comme régulateurs fin de l’interaction symbiotique. Identifier les gènes qui contrôlent la production de ces métabolites et la régulation de celle-ci offrirait donc une opportunité unique pour améliorer l’efficacité de cette symbiose. Récemment, j’ai identifié plus de 150 gènes candidats par une approche de phylogénomique comparative. Ces candidats sont particulièrement pertinents de par leur très grande conservation chez toutes les espèces hôtes et leur absence systématique chez les plantes non-hôtes, un patron d’évolution retrouvé chez les gènes symbiotiques identifiés jusqu’ici. L’expression de huit de ces gènes est augmentée significativement lors de la symbiose MA chez la plante modèle Medicago mais également chez les hépatiques, des plantes basales ayant divergées des plantes vasculaires il y a plus de 400 million d’années. Parmi ces huit candidats, cinq sont annotés comme étant associés au métabolisme secondaire et trois comme facteurs de transcription. Dans ce projet, je propose de caractériser ces huit gènes par génétique inverse chez la légumineuse Medicago et l’hépatique modèle Marchantia et de déterminer leur rôle dans les bouleversements métaboliques et transcriptomiques observés pendant la symbiose MA.