Régulation de la symbiose endomycorhizienne par le phosphate - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Regulation of endomycorrhizal symbiosis by phosphate

Régulation de la symbiose endomycorhizienne par le phosphate

Résumé

Most plants form root symbioses with arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. AM fungi supply their host plants with water and minerals, especially phosphate. In return, they obtain carbohydrates from their hosts. Phosphate fertilization is known to have a negative impact on the symbiotic interaction, but the underlying mechanisms are not yet understood. We first showed that phosphate supply is able to almost totally inhibit the interaction at a very early stage, prior to the attachment of fungal hyphae to the root epidermis. This inhibition is linked to shoot phosphate contents and involves a systemic regulation. Then, we tried to identify mechanisms involved in the regulation of AM symbiosis by phosphate. Early signaling events were examined with a particular focus on root exudates. First, the importance of strigolactones in the regulation was tested. Strigolactones are rootsecreted compounds which stimulate fungal growth and metabolism. Strigolactone production is also systemically regulated by phosphate, and root exudates of phosphatereplete plants lack strigolactones. However, supplementation with exogenous strigolactones failed to restore root colonization under high phosphate supply. Moreover, the role of root exudates in general (not only strigolactones) in the regulation was addressed. Although root exudates contribute to the control of the interaction, additional regulatory mechanisms likely exist at the level of the root itself. Among several hypothetical regulatory mechanisms we tested whether phosphate could affect the ability of plants to recognize properly their fungal partners. To test this hypothesis we used two approaches. (i) Root cells are known to respond to AM fungi by oscillations of calcium concentrations in the nucleus. We did not find any effect of phosphate on this response. (ii) We also analyzed whether phosphate could modify plant gene expression in response to the fungus. Regardless of phosphate supply, plants are able to respond to the presence of fungus by the induction of defense-related and "symbiotic" genes. However, phosphate negatively affects the expression of some symbiotic genes, suggesting that plants are less able to respond to the fungus when they are not under phosphate starvation. Finally, other potential regulatory mechanisms (such as cell wall composition or an involvement of strigolactones role at the hormonal level) are proposed and discussed.
La majorité des plantes terrestres forment une symbiose racinaire avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (MA). Les champignons fournissent à la plante de l'eau et des minéraux en particulier du phosphate (Pi), en échange les plantes leur apportent des éléments carbonés. La fertilisation phosphatée est connue pour inhiber l'interaction symbiotique, mais les mécanismes intervenant dans cette régulation sont inconnus. Nous avons montré que le Pi est capable d'inhiber presque totalement la mycorhization à un stade très précoce, avant même l'attachement du champignon à la surface de l'épiderme racinaire. Cette inhibition est liée aux teneurs en Pi dans les parties aériennes et fait intervenir une signalisation systémique. Par la suite, nous avons cherché à identifier les mécanismes impliqués dans la régulation de la mycorhization par le Pi. Les évènements précoces d'interaction ont été examinés avec un intérêt marqué pour les exsudats racinaires. Tout d'abord, nous avons analysé l'importance des strigolactones dans la régulation. Ces molécules sont sécrétées par les racines des plantes et stimulent le développement des champignons (MA). La production de strigolactones est elle aussi régulée de façon systémique par le Pi et les exsudats végétaux de plantes non carencés en Pi sont dépourvus de strigolactones. Cependant, un ajout exogène de ces molécules ne suffit pas pour lever l'inhibition associée à la présence de Pi. De plus, la part des exsudats végétaux en général dans cette régulation a été étudiée. Bien que les exsudats jouent un rôle pour favoriser (ou non) la mise en place de l'interaction, des mécanismes de contrôle supplémentaires existent au niveau de la racine elle-même. Parmi plusieurs mécanismes régulateurs hypothétiques nous avons testé si le Pi pouvait affecter la capacité des plantes à reconnaitre correctement leurs partenaires fongiques. Pour cela nous avons utilisé deux approches. (i) Il est connu que les racines répondent à la présence de champignon par des oscillations de concentrations en calcium dans les noyaux. Nous n'avons pas trouvé d'effet du Pi sur cette réponse. (ii) Nous avons aussi analysé si l'expression de gènes végétaux en réponse au champignon pouvait être régulée par le Pi. Quelle que soit la condition phosphatée testée, les plantes sont capables de répondre à la présence de champignon par l'induction de gènes de défense et de gènes " symbiotiques ". Cependant, le Pi affecte négativement l'expression de certains des gènes symbiotiques, laissant penser que les plantes seraient moins à même de répondre au champignon lorsqu'il y a du Pi. Pour finir, d'autres mécanismes de régulation possibles (tels que la composition des parois ou un effet hormonal des strigolactones) sont proposés et discutés.
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Dates et versions

tel-00796089 , version 1 (01-03-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00796089 , version 1

Citer

Coline Balzergue. Régulation de la symbiose endomycorhizienne par le phosphate. Biologie végétale. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00796089⟩
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