Recherche des protéines effectrices liée à la symbiose dans le champignon endomycorhizien éricoïde Oidiodendron maius
Responsable scientifique : Elena Martino (UMR 1136 « Interactions Arbres/Micro-organismes » IAM et Department of Life Sciences and Systems Biology, University of Turin, Italy
Partenaires Labex :
C. Veneault-Fourrey (UMR 1136, IaM, INRA-Lorraine Centre of Nancy)
A. Kohler (UMR 1136, IaM, INRA-Lorraine Centre of Nancy)
Collaboration :
S. Daghino (Department of Life Sciences and Systems Biology, University of Turin, Italy)
S. Perotto (Department of Life Sciences and Systems Biology, University of Turin, Italy)
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Context – Les mycorhizes sont un monde fascinant et un système écologiquement important; plus de 90% des plantes terrestres ont établi une interaction avec les champignons mycorhiziens et certaines de ces interactions ont commencé il y a au moins 450 millions d’années. Par conséquent, les recherches sur les mycorhizes sont cruciales pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes forestiers. Les champignons mycorhiziens éricoïdes (ERM) s’associent aux plantes de la famille des Ericaceae (ex. myrtilles). En plus de leur intérêt économique et gastronomique, les myrtilles sont un élément important des sous bois et un acteur privilégié dans le cycle du carbone. Les champignons mycorhiziens forment des contacts intracellulaires avec les plantes, ils doivent donc manipuler les défenses de celles-ci ainsi que leur métabolisme. En regardant la biologie du système, la compréhension de comment deux eucaryotes interagissent et communiquent, reste très difficile. Des petites protéines de dialogue (SSPs : Small Secreted Proteins) ont été mis en évidence chez les champignons ectomycorhiziens (ECM) (Plett et al. 2011) et endomycorhiziens à arbuscules (AMF) (Kloppholz et al. 2011) mais elles n’ont pas encore été étudiées chez les ERM. Les résultats de la première année d’EffectER ont mis en évidence un effet significatif sur la biomasse de la myrtille lorsque ces racines sont colonisées par le champignon éricoïde Oidiodendron maius. D’autre part, une analyse de transcriptomique a révélé que 20% des petites protéines sécrétées d’O. maius sont surexprimées dans les racines mycorhizées.
Objectifs – Au cours de la deuxième année du projet nous nous sommes focalisés sur l’influence d’un métal lourd (Cadmium – Cd) sur un champignon éricoïde en culture pure ou bien en association avec la plante. Les objectifs étaient : a) d’analyser des données de transcriptomique (RNAseq) de mycélium d’Oidiodendron maius (FLM), de mycorhizes de ce champignon avec Vaccinium myrtillus (MYC) et de racines non mycorhizés (C) pour identifier des gènes régulés par le Cd ; b) de réaliser une analyse fonctionnelle du gène le plus régulé au cours de la symbiose identifié lors de la première année du projet.
Approche – Les données de transcriptomique ont été analysées pour le mycélium en culture pure, pour les tissus symbiotiques et pour les racines non mycorhizés. Le test invertase en levure et des analyses d’expression transitoire de GFP dans le tabac ont aussi été réalisées.
Résultats marquants –
- 19 gènes fongiques sont surexprimés dans le FLM en présence de Cd: 6 SSPs, 4 oxydoréductases, 2 hydrolases et 7 gènes sans fonction connue. 27 gènes sont surexprimés lorsque les MYC-Cd sont comparées à des MYC non traitées dont 2 SSPs, 4 transporteurs et 10 oxydoréductases. Il est intéressant de noter que des transporteurs sont surexprimés lorsque l’on compare les MYC-Cd avec le FLM-Cd.
- Concernant les gènes de la plante, de nombreux transporteurs sont surexprimés dans les MYC-Cd comparées aux MYC. En particuliers les gènes les plus régulés sont des Zn/Cd et SO4
- Parmi les 995 gènes surexprimés dans le MYC comparés au FLM 90 SSPs sont présentes. Le gène le plus régulé chez O. maius est une SSP (appelé SSPb). Sa structure est composée de 354 nucléotides (2 exons et 1 intron) et ce gène est présent en une copie sur le scaffold 14. La protéine est de 93 acides aminés (9,24 KDa), elle est riche en glycine (16.1%) et leucine (12.9%) et elle contient 8 cystéines. Aucun domaine connu n’est présent ni aucune fonction connue. Elle possède un signal peptide et une région de basse complexité (low complexity). 3 gènes orthologues ont été identifiés chez Neurospora crassa et Thielavia terrestris. Chez ces espèces ces gènes sont annotés comme des hydrophobines. Les analyses d’invertase en levure montrent que SSPb est sécrétée, mais des analyses complémentaires sont en cours. L’expression ectopique en tabac suggère une localisation sur la membrane cytoplasmique ou dans le cytoplasme pour la protéine SSPb-GFP et il n’y a pas d’évidence de localisation nucléaire. La localisation sur la membrane cytoplasmique ou dans le cytoplasme est confirmée par le mouvement de la fluorescence dans la partie intérieur de la cellule après induction de la plasmolyse.
Principales conclusions —
- Les SSPs sont principalement étudiées dans le contexte des interactions entre les microorganismes et les plantes. Le fait que des SSPs sont surexprimés en présence de Cd est une observation intéressante qui ouvrent de nouvelles hypothèses sur le rôle des ces protéines. Par exemple chez Hebeloma cylindrosporum il a été suggéré que des SSPs peuvent avoir un rôle dans la tolérance aux stresses environnementaux (Doré et Perraud, 2015)
- Une surexpression des transporteurs a été observée dans les tissus symbiotiques en présence de Cd en particulier un transporteur Zn/Cu appartenant à la famille ZIP. De même un transporteur SO4 est aussi surexprimé. Ces transporteurs pourraient avoir un rôle important dans la détoxification.
- Chez les champignons ectomycorhiziens plusieurs hydrophobines sont connues pour être induites lors de la symbiose. Nous avons identifié dans la symbiose éricoïde une SSP fortement induite qui présente une homologie avec des hydrophobines d’autres champignons. Toutefois nos analyses préliminaires ne suggèrent pas une localisation sur la paroi cellulaire de cette SSP.
Perspectives —
- Mieux comprendre le rôle des SSPs et des transporteurs dans la tolérance au Cd surtout dans les tissus symbiotiques
- Continuer la caractérisation fonctionnelle de SSPb: une approche de mutagénèse knock-out d’O. maius est en cours.
Présentations (posters) —
- Casarrubia S, Fritz H, Martino E, Daghino S, Kohler A, Veneault-Fourrey C, Martin F, Perotto S. Looking for effector symbiosis-related proteins in the ericoid endomycorrhizal fungus Oidiodendron maius. Max-Planck-ARBRE inter-departmental workshop on plant-fungus interactions, Nancy, November, 18-19, 2014.
- Martino E., Kuo A., Grelet G., Daghino S., Kohler A., Morin E., Murat C., Casarrubia S., Khouja H-R., Henrissat B., Veneault-Fourrey C., Grigoriev IV., Perotto S., Martin F. Comparative genomics of Leotiomycetes suggests a high saprotrophic potential irrespective of fungal ecological strategies. 28th Fungal Genetics Conference, Pacific Grove, CA (USA), March 17-22, 2015.
- Martino E., Daghino S., Grelet G., Kohler A., Morin E., Casarrubia S., Veneault-Fourrey C., Henrissat B., Kuo A., Grigoriev IV., Martin F., Perotto S. Ericoid mycorrhizal fungi: saprotrophs or symbionts? 2nd International Molecular Mycorrhiza Meeting 2015 (IMMM 2015), Cambridge (UK), September 3-4, 2015.
