Thèse Réponses Systémiques Induites par les Rhizobiums Fixateurs d'Azote en Relation avec les Réponses de Défense des Légumineuses H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Biosphera - Biologie, Société, Ecologie & Environnement, Ressources, Agriculture & Alimentation
École doctorale : Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
Laboratoire de recherche : IPS2 - Institut de Sciences des Plantes de Paris-Saclay
Direction de la thèse : Anouck DIET ORCID 0009000276124168
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-06T23:59:59

Les légumineuses sont des cultures essentielles et des sources majeures de protéines grâce à leur capacité symbiotique à former, avec des bactéries du sol compatibles appelées rhizobia, des nodules racinaires capables de fixer l'azote atmosphérique (N). Cela leur permet de croître sans engrais azotés et favorise ainsi l'utilisation de systèmes agricoles durables.
En plus de la nutrition azotée, il a récemment été proposé que les rhizobia symbiotiques compatibles pourraient, en plus de fournir des nutriments aux plantes hôtes, favoriser les réponses de défense par le biais d'une résistance systémique induite (ISR; Smigielski et al. 2019) . À l'inverse, des souches de rhizobia peu efficaces dans la fixation de l'azote, ou incompatibles avec les plantes hôtes, pourraient être reconnues comme des agents pathogènes et induire chez la plante une autre réponse systémique appelée résistance acquise systémique (SAR) afin de la protéger contre les infections pathogènes.
À l'heure actuelle, il reste incertain de savoir si, chez une même plante hôte légumineuse, des souches de rhizobia efficaces dans la fixation de l'azote et des souches inefficaces peuvent induire des réponses systémiques similaires ou non.
Pour répondre à cette question, nous utiliserons une plante hôte spécifique, Medicago truncatula, qui sera inoculée soit avec une souche compatible de rhizobium efficace pour la fixation de l'azote (Fix+), soit avec une souche compatible mais inefficace pour la fixation de l'azote (Fix). Cela permettra de déterminer si les éventuelles différences dans les réponses systémiques observées sont liées à la capacité de fixation de l'azote des rhizobia ou si elles dépendent d'autres propriétés de la souche bactérienne.
Le projet de doctorat sera structuré autour de deux tâches principales :
1.Une approche RNAseq permettra d'identifier les gènes différentiellement exprimés dans les parties aériennes des plantes inoculées soit avec une souche de rhizobium Fix+, soit avec une souche Fix. Nous sélectionnerons des gènes candidats liés aux réponses de défense et de stress, au métabolisme de l'azote et du carbone, ainsi qu'à la régulation hormonale, afin de déterminer leur rôle dans ces réponses systémiques.
2.Plusieurs agents pathogènes, déjà connus pour infecter M. truncatula, seront utilisés pour tester leur capacité de colonisation chez des plantes co-inoculées, ou non, avec les souches de rhizobium Fix+ ou Fix.
Dans l'ensemble, ce projet permettra d'améliorer nos connaissances sur les mécanismes de signalisation systémique induits par les rhizobia chez les espèces de légumineuses.

Les cultures de légumineuses représentent une source majeure de protéines pour l'alimentation humaine et animale. Cela repose notamment sur l'établissement d'une interaction symbiotique avec des bactéries du sol capables de fixer l'azote atmosphérique (N), collectivement appelées rhizobiums, qui favorisent la formation d'un organe spécifique sur les racines des légumineuses hôtes : le nodule (Roy et al. 2020). À l'intérieur de cet organe, les rhizobia différenciés fixent l'azote atmosphérique au bénéfice de la plante hôte, ce qui leur permet de se développer dans des sols pauvres en azote minéral sans avoir recours à des engrais chimiques. Ainsi, les légumineuses constituent un élément central des systèmes agricoles durables et biologiques.
Cette association symbiotique nécessite d'abord une compatibilité entre le rhizobium et la plante hôte afin d'initier la formation des nodules. Cela permet à la plante de reconnaître le rhizobium comme un micro-organisme bénéfique. Au cours des dernières décennies, on considérait que les bénéfices de la symbiose rhizobium-légumineuse étaient uniquement liés à la fourniture d'une source alternative d'azote (c'est-à-dire l'azote atmosphérique N) lorsque l'azote minéral (NO, NH...) était insuffisant dans les sols. Cependant, d'autres bactéries bénéfiques que les rhizobia symbiotiques fixateurs d'azote sont connues pour induire des effets protecteurs contre les stress abiotiques et biotiques (Karnwal et al., 2024). Ces bactéries bénéfiques interagissant avec les racines peuvent en effet renforcer la résistance des plantes soit localement, par une compétition directe avec les agents pathogènes, soit indirectement en favorisant une résistance systémique induite (ISR). Contrairement à l'ISR, qui est médiée par des micro-organismes bénéfiques, une infection locale par un agent pathogène peut induire une résistance systémique de la plante en déclenchant une réponse de type SAR (Systemic Acquired Resistance).
Pour une plante hôte donnée, différentes souches de rhizobia présentes dans sa rhizosphère diffèrent par leur efficacité à fixer l'azote atmosphérique. Il a été observé que des souches de rhizobia peu efficaces dans la fixation de l'azote ou incompatibles (c'est-à-dire incapables d'établir la nodulation) avec les plantes hôtes peuvent être reconnues par celles-ci comme des agents pathogènes et induire une voie de signalisation de type SAR (Shine et al. 2019). Cependant, il reste incertain de savoir si, chez une même plante hôte légumineuse, des souches de rhizobiums Fix+ et Fix peuvent induire des réponses de défense systémiques similaires ou non, et comment ces réponses pourraient être liées à l'ISR induite par des micro-organismes bénéfiques et/ou à la SAR induite par des agents pathogènes.
De plus, la plupart des études combinant symbiose et immunité réalisées chez des légumineuses nodulées se sont concentrées sur les réponses locales au niveau des racines et/ou des nodules (Gourion et al., 2015). Certaines études récentes ont cependant commencé à examiner l'importance des signaux systémiques racine-vers-pousse-vers-racine via des régulateurs mobiles contrôlant soit la nodulation, soit l'immunité des plantes. En effet, les plantes hôtes légumineuses régulent étroitement la densité des nodules formés lors de l'interaction avec des rhizobia compatibles, en fonction de leurs besoins en azote et de la disponibilité en azote minéral dans les sols. Deux voies de signalisation systémiques ont été identifiées : l'une favorise la compétence des racines à interagir avec les rhizobia en conditions de faible disponibilité en azote, tandis que l'autre inhibe la nodulation lorsque les besoins en azote de la plante sont satisfaits ou lorsque le sol est riche en azote minéral (Gautrat et al., 2021 ; Teyssendier de la Serve et al., 2026).
Premièrement, la voie dépendante du récepteur Compact Root Architecture 2 (MtCRA2), identifiée par le laboratoire d'accueil, est requise dans les parties aériennes pour l'action des peptides de signalisation C-terminally Encoded Peptide (MtCEP) produits dans les racines, afin de favoriser la nodulation spécifiquement dans des conditions de faible disponibilité en azote (Mohd-Radzman et al. 2016). Cette voie systémique CEP/CRA2, qui favorise la nodulation, fonctionne indépendamment d'une autre voie systémique précédemment identifiée qui inhibe la nodulation (Laffont et al. 2019), appelée Autoregulation of Nodulation (AON). L'AON repose sur le récepteur Super Numeric Nodules (MtSUNN), actif dans les parties aériennes, qui perçoit des peptides de signalisation de type CLAVATA3-like (CLE) produits dans les racines (Mortier et al. 2012), afin d'inhiber la formation de nouveaux nodules lorsque les besoins en azote de la plante sont satisfaits. La coordination entre ces deux voies systémiques permet de réguler dynamiquement le nombre de nodules formés sur le système racinaire de la plante hôte.
Récemment, il a été montré chez Arabidopsis que le peptide de signalisation AtCEP4, produit dans les racines, favorise des réponses de défense systémiques dans les parties aériennes (Rzemieniewski et al. 2024). De plus, d'autres types de signaux que les peptides, notamment des métabolites secondaires tels que le glycérol-3-phosphate, ont également été montrés chez les légumineuses comme capables de promouvoir, à partir des racines, des réponses de défense systémiques dans les parties aériennes (Shine et al., 2019).

L'objectif principal de ce projet de doctorat est de déterminer si les rhizobia peuvent induire différentes réponses de défense systémiques en fonction de leur capacité à fixer l'azote atmosphérique. Pour cela, M. truncatula, une légumineuse modèle, sera inoculée soit avec des souches de rhizobia Fix+, soit avec des souches Fix. Cela permettra de :

Identifier les gènes différentiellement exprimés dans les parties aériennes de plantes hôtes M. truncatula inoculées avec des souches de rhizobia Fix+ ou Fix, en se concentrant sur les gènes impliqués dans les réponses de défense et de stress, le métabolisme de l'azote et du carbone, ainsi que la régulation hormonale.

Tester la capacité de colonisation de plusieurs agents pathogènes connus pour infecter M. truncatula, après co-inoculation avec des souches de rhizobia efficaces ou inefficaces dans la fixation de l'azote.

Analyse RNA seq, RT-PCR, infections bactérienne et virale, mesure des ROS, microscopie à épifluorescence, plantes composites