Implication des gènes de transporteurs de nitrate NRT2.1, NRT2.5 et NRT2.6 dans la réponse de ...

310 Pages·2014·2.97 MB·French

République Algérienne Démocratique et Populaire République Française
Ministère de l’enseignement supérieur et de la UNIVERSITÉ MONTPELLIER 2
recherche scientifique
Sciences et Techniques
UNIVERSITÉ CONSTANTINE 1

Ecole Doctorale: SIBAGHE (Systèmes Intégrés en
Biologie, Agronomie, Géosciences,

Hydrosciences, Environnement).
Option : Biologie Intégrative des Plantes
Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
Département de Biologie et Ecologie Option
Biotechnologie végétale

THESE EN COTUTELLE
En vue de l’obtention de diplôme de Doctorat en Science
Date de soutenance : 18 Décembre 2013

Implication des gènes de transporteurs de nitrate NRT2.1,
NRT2.5 et NRT2.6 dans la réponse de stimulation de
croissance induite par la bactérie rhizosphérique
Phyllobacterium brassicacearum STM196 chez Arabidopsis
thaliana

Présenté par Maya KECHID
Membres du jury :
Présidente : Nadia YKHLEF Professeur à l’Université Constantine 1
Directeurs de thèse : Abdelhamid DJEKOUN Professeur à l’Université Constantine 1
Bruno TOURAINE Professeur à l’Université Montpellier 2
Rapporteurs : Fatiha AID Professeur à l’Université USTHB. Alger
Jean Jacques BONO Chargé de Recherche. INRA. Toulouse
Examinatrice : Claudine FRANCHE Directrice de Recherche. IRD. Montpellier

Année universitaire 2013-2014

Remerciements

C’est avec émotion que je tiens à remercier tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation
de ce projet.
Je tiens tout d’abord à adresser mes remerciements les plus sincères à Bruno TOURAINE pour avoir
accepté de m’accueillir dans son équipe, d’avoir dirigé cette thèse avec excellence et de m’avoir permis de
la réaliser dans les meilleurs conditions. Je tiens particulièrement à le remercier pour la liberté d’action
qu’il m’a donnée à chaque étape de ce travail, pour sa gentillesse, sa compréhension et surtout pour sa
grande patience surtout pour la période de rédaction de thèse en Algérie. J’espère avoir été digne de la
confiance qu’il m’avait accordée et que ce travail soit à la hauteur de ses espérances. Quoi qu’il en soit,
j’ai beaucoup appris à ses cotés et je suis très honoré de l’avoir eu pour encadrant.
Mes remerciements s’adressent aussi à mon directeur de thèse en Algérie Pr Abdelhamid DJEKOUN
qu’il trouve ici le témoignage de ma gratitude et ma reconnaissance pour ses conseils, ses encouragements
et son aide précieuse pour l’élaboration de ce travail.
Un grand merci à Guilhem DESBROSSES dont les mots ne suffisent pas pour le remercier pour toute
l’aide qu’il m’a apportée, pour m’avoir bien formé, pour sa disponibilité, pour son esprit scientifique et sa
façon de me pousser à réfléchir plus profondément. J’espère qu’il retrouvera dans ce travail toute ma
gratitude. Au sein de l’équipe, je suis aussi redevable à Fabrice VAROQUAUX qui était toujours
présent lorsque j’avais besoin de lui, pour me conseiller et m’encourager avec un sens de l’humour typique
à lui.
Je remercie également les membres de jury pour m’avoir fait l’honneur d’examiner et d’évoluer ce travail :
Mme Fatiha AID professeur à l’USTHB d’Alger, Mr Jean jaques BONO de l’INRA de Toulouse, Mme
Claudine FRANCHE de L’IRD de Montpellier et Mme Nadia YKHlef professeur à l’Université
Constantine 1.
Je tiens à remercier les membres de mon comité de thèse pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail et pour
les remarques constructives qu’ils ont fait sur mon projet de thèse : Mme Claude PLASSARD de
l’INRA de Montpellier, Mr Xavier PINOCHET de CETIOM de Paris et Gisèle LAGUERRE de
LSTM qui nous a malheureusement quitté.
Un merci tout particulier au Directeur du Laboratoire des Symbioses Tropicales et méditerranéennes
(LSTM) : Michele LEBRUN.
Je compte remercier aussi Samia HENINI pour son amitié et son aide technique au laboratoire, ma
stagiaire Wafaa ROKHSI, les doctorants de mon équipe Marc GALLAND et Justine BRESSON et les
doctorants que je n’ai pas rencontré mais dont je les avais connu à travers leurs travaux : Céline
CONTESTO et Sophie MANTELIN.
Mes remerciements s’adressent enfin au programme AVERROES qui m’a accordé une bourse qui m’a
permis d’effectuer une belle expérience au sein de LSTM riche du coté scientifique ainsi que du coté
humain.

Dédicace

Je dédié ce travail à

Mes parents pour leur investissement à mon égard, leur grande disponibilité, leur aide
inconditionnelle, leur patience et leurs conseils prodigués tout au long de mon étude,
j’espère qu’ils trouveront à travers ce travail l’expression de toute ma reconnaissance et
mon amour.

Ma grand-mère que j’aime beaucoup.

Ma sœur Radia et mon frère Djallil.

Mon petit neveu Yanis.

Toute ma famille

Mes amies : Rym, Sandra, Soumeya, Hania, Nassira, Meriem, Sara…

Et

Tous mes collègues et mes amis de l’Institut de la Nutrition, de l’Alimentation et des
Technologies Agro-Alimentaire (INATAA), ainsi que tous les membres du laboratoire de
Génétique, Biochimie et Biotechnologie végétale de la faculté de biologie de l’Université
Constantine 1.

Titre : Implication des gènes de transporteurs de nitrate NRT2.1, NRT2.5 et NRT2.6 dans
la réponse de stimulation de croissance induite par la bactérie rhizosphérique
Phyllobacterium brassicacearum STM196 chez Arabidopsis thaliana.
Résumé
L’effet stimulateur de la croissance et de la nutrition des plantes exercés par les PGPR
(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) a longtemps été étudié en s’intéressant à la
bactérie. Cependant, les voies de signalisations impliquées dans la réponse de la plante à
l’inoculation restent mal étudiées. A cet effet, notre étude entre dans le cadre des
recherches visant les réponses physiologiques et moléculaires de la plante induites par une
PGPR. Dans notre équipe de recherche, nous avons choisi la PGPR Phyllobacterium
brassicacearum STM196 isolée de la rhizosphère de Colza et nous l’avons inoculée à la
plante modèle Arabidopsis thaliana. Cette PGPR a montré sa capacité à stimuler
l’allongement des racines latérales et des poils racinaires ainsi que d’augmenter la
production de biomasse par la plante. Une forte surexpression de deux gènes de la famille
de transporteurs de nitrate NRT2, NRT2.5 et NRT2.6, a été observée chez les plantes
inoculées avec STM196. La fonction des produits de ces deux gènes n’est pas connue.
Cependant, les données de transcriptomiques accumulées dans l’équipe font ressortir ces
deux gènes comme des candidats intéressants dans les réponses moléculaires à l’interaction
avec STM196. D’autre part, des études précédentes dans l’équipe ayant montré des effets
antagonistes de la bactérie et du nitrate sur le développement racinaire, il est important de
considérer la relation entre les effets de la nutrition nitrique et de la bactérie. Le principal
transporteur responsable de l’absorption de NO - étant NRT2.1, nous nous sommes
3
intéressés à son rôle dans les réponses de la plante à la bactérie et à sa relation éventuelle
avec NRT2.5 et NRT2.6. Nous avons réalisé une approche de génomique inverse avec les
trois simples mutants ko nrt2.1, ko nrt2.5 et ko nrt2.6 dont nous disposions au départ, et
avec les trois doubles mutants nrt2.5xnrt2.6, nrt2.1xnrt2.6 et nrt2.1xnrt2.5 que nous avons
généré. Nous avons démontré que les gènes NRT2.5 et NRT2.6 sont impliqués dans les
réponses de stimulation de croissance de la plante et de modification d’architecture
racinaire à la PGPR STM196. Cette voie de régulation est indépendante des contrôles
exercés par le statut azoté de la plante.
Mots clés: Interaction plante-microorganisme, Phyllobacterium brassicacearum STM196,
Arabidopsis thaliana, transporteurs de nitrate, NRT2.1, NRT2.5, NRT2.6, Activité nitrate
réductase, NR1, expression des gènes.

Laboratoires : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (UMR113,
Université Montpellier 2, Institut de Recherche pour le Développement, Cirad, Montpellier
SupAgro, Institut National de la Recherche Agronomique), Université Montpellier 2,
CC002, Place E. Bataillon, F34095 Montpellier Cedex 5, France.
Laboratoire de Génétique, Biochimie et Biotechnologies Végétales, Département Biologie
Ecologie, Faculté de Biologie, Université Constantine 1. Route Ain El-Bey, Constantine,
Algérie.

Title: Involvement of NRT2.1, NRT2.5 and NRT2.6 nitrate transporter genes in the growth
promotion response of Arabidopsis thaliana to the rhizospheric bacterium Phyllobacterium
brassicacearum STM196.
Abstract
The promotion of plant growth and nutrition by some rhizospheric bacteria (Plant Growth
Promoting Rhizobacteria, PGPR) is well known for a long time. However, the signaling
pathways involved in the plant responses to these bacteria still remain essentially obscure.
Our study aims at identifying molecular factors of plant physiological and developmental
responses induced by PGPR. For this goal, we used the PGPR strain Phyllobacterium
brassicacearum STM196, which has been isolated from rape rhizosphere, and the plant
model Arabidopsis thaliana. This PGPR stimulates lateral root and root hair elongation
and induce an increase of plant biomass production. Two genes of the NRT2 family of
nitrate transporters, namely NRT2.5 and NRT2.6, are strongly overexpressed upon
inoculation of Arabidopsis with STM196. The function of NRT2.5 and NRT2.6 is not
known. However, transcriptomic data obtained in our team show that these two genes are
promising candidates of the molecular responses to STM196. In addition, previous work in
our team showed antagonistic effects of STM196 and exogenous nitrate on root
development, showing that the effects of the bacteria must be considered together with
those of nitrate nutrition. Since NRT2.1 is the major transporter for NO - uptake, we
3
looked at its role in the plant response to STM196 and its possible relationship with
NRT2.5 and NRT2.6. We carried out a reverse genetic approach using the single mutants
ko nrt2.1, ko nrt2.6 and ko nrt2.5 available at the moment this thesis work began and the
double mutants nrt2.5xnrt2.6, nrt2.1xnrt2.6 and nrt2.1xnrt2.5 we generated. We
demonstrated that NRT2.5 and NRT2.6 are involved in plant growth stimulation by
STM196 and the root architecture changes elicited by this bacterium. This
NRT2.5/NRT2.6-dependent pathway is independent from the regulations exerted by N
nutritional status.
Key words: Plant-microorganism interaction, Phyllobacterium brassicacearum STM196,
Arabidopsis thaliana, nitrate transporter, NRT2.1, NRT2.5, NRT2.6, nitrate reductase
activity, NR1, genes expression.
Laboratories : Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes (UMR113,
Université Montpellier 2, Institut de Recherche pour le Développement, Cirad, Montpellier
SupAgro, Institut National de la Recherche Agronomique), Université Montpellier 2,
CC002, Place E. Bataillon, F34095 Montpellier Cedex 5, France.
Laboratoire de Génétique, Biochimie et Biotechnologies Végétales, Département Biologie
Ecologie, Faculté de Biologie, Université Constantine 1. Route Ain El-Bey, Constantine,
Algérie.