Synthèse et rôle de l'oxyde nitrique d'origine bactérienne dans la symbiose fixatrice d'azote Ensifer meliloti-Medicago truncatula - Laboratoire des Interactions Plantes Microbes Environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Synthesis and role of bacterial nitric oxide in the nitrogen fixing symbiosis between Ensifer meliloti and Medicago truncatula

Synthèse et rôle de l'oxyde nitrique d'origine bactérienne dans la symbiose fixatrice d'azote Ensifer meliloti-Medicago truncatula

Résumé

Nitric oxide (NO) is a small, highly reactive gaseous molecule involved in many biological processes. In host-pathogen interactions, NO can be produced by both partners and is part of the host defense arsenal but can also be used by the pathogen as a weapon for a successful infection. In addition, pathogens have evolved responses consisting in adaptation to NO or degradation of this toxic molecule. In symbiotic plant-microorganism interactions, NO has also been detected. Indeed, during the nitrogen-fixing symbiosis between the bacterium Ensifer meliloti and the model legume Medicago truncatula, it has been shown that not only NO is important during the infection of the plant root by the symbiont, but also that it can play a role at later stages such as during nitrogen fixation or nodule senescence. In nodules, NO is produced by both partners with a contribution of about 30% by the bacteria. In plants, recent work has shown that NO synthesis is essentially based on nitrate reductases coupled to the mitochondrial electron transfer chain. On the bacterial side, only the denitrification pathway was known as a possible NO synthesis pathway. This thesis work focuses on two main questions: Are there different NO synthesis pathways in E. meliloti ? and what is the role of bacterial NO in the symbiotic interaction? We have shown that E. meliloti does not possess a NO synthase capable of producing NO as it can be found in some pathogenic bacteria. Denitrification is the only pathway involved in NO synthesis in E. meliloti either in its free life or during symbiosis. We have also shown that the bacterium displays a functional nitrate assimilatory pathway which contributes to NO production by increasing the amount of nitrite available to feed the denitrification pathway. The assimilatory pathway is active under both aerobic and microaerobic conditions, however it does not contribute to NO production in symbiotic root nodules of legumes. Preliminary results show that this pathway is regulated by a two-component system but could also be regulated by a non-coding RNA. Finally, we have shown that NO produced by the bacterium does not play an essential role, neither during the early stages, nor in the later stages of symbiosis. Altogether, these results allow us to propose a model of the NO production pathways in E. meliloti and suggest that in symbiotic interactions, bacterial NO does not play such a determining role as observed in host-pathogen interactions.
Le monoxyde d’azote (NO) est une petite molécule gazeuse extrêmement réactive intervenant dans de nombreux processus biologiques. Dans les interactions hôte-pathogènes, le NO peut être produit par les deux partenaires et fait partie de l'arsenal de défense de l'hôte tout comme il fait aussi partie des armes d'attaque du pathogène. Les pathogènes se sont aussi adaptés en mettant en place des systèmes de réponse au NO produit par l'hôte. Dans les interactions symbiotiques plante-microorganismes, du NO a été également détecté. C’est le cas durant la symbiose fixatrice d’azote entre la bactérie Ensifer meliloti et la légumineuse Medicago truncatula. Dans cette interaction il a été montré que non seulement le NO est important lors de l'infection par le symbionte, mais qu'il peut aussi avoir un rôle à des étapes plus tardives comme lors de la fixation d'azote ou de la senescence nodulaire. Dans les nodules, le NO est produit par les deux partenaires avec une contribution d’environ 30% pour la bactérie. Chez la plante, des travaux récents ont montré que la synthèse de NO reposait en grande partie sur des nitrate réductases couplées à la chaine mitochondriale de transfert d'électrons. Coté bactérien, seule la voie de dénitrification était connue comme voie de synthèse possible du NO. Ce travail de thèse pose deux questions centrales : Quelles sont les voies de synthèse du NO chez E. meliloti ? et quel est le rôle du NO produit par les bactéries dans l'interaction symbiotique ? Nous avons montré que E. meliloti ne possède pas de NO synthase capable de produire du NO comme il en existe chez certaines bactéries pathogènes. Seule la voie de dénitrification est responsable de la synthèse du NO chez E. meliloti en vie libre et durant la symbiose. Nous avons aussi montré que la bactérie possède une voie assimilatrice du nitrate fonctionnelle, permettant de contribuer à la production de NO en augmentant la quantité de nitrite disponible pour alimenter la voie de dénitrification. La voie assimilatrice est active aussi bien en aérobie qu'en conditions micro-aérobiques mais ne contribuerait pas à la production de NO dans les nodules symbiotiques. Des résultats préliminaires montrent que cette voie serait régulée par un système à deux composants mais aussi, de façon originale, par un ARN non codant. Enfin nous avons montré que le NO produit par la bactérie ne présente pas de rôle essentiel, ni durant les étapes précoces, ni dans les étapes plus tardives de la symbiose. L'ensemble des résultats nous permet de proposer un modèle des voies de production de NO chez E. meliloti et suggère que dans les interactions symbiotiques le NO bactérien ne joue pas un rôle aussi déterminant que dans les interactions hôtes-pathogènes.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03923970 , version 1 (05-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03923970 , version 1

Citer

Bryan Ruiz-Conquet. Synthèse et rôle de l'oxyde nitrique d'origine bactérienne dans la symbiose fixatrice d'azote Ensifer meliloti-Medicago truncatula. Interactions entre organismes. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2022. Français. ⟨NNT : 2022TOU30138⟩. ⟨tel-03923970⟩
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