A mutant-based analysis of the establishment of Nod-independent symbiosis in the legume Aeschynomene evenia
2022
Quilbé, Johan | Nouwen, Nico | Pervent, Marjorie | Guyonnet, Rémi | Cullimore, Julie | Gressent, Frédéric | Araújo, Natasha Horta | Gully, Djamel | Klopp, Christophe | Giraud, Eric | Arrighi, Jean-François | Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (UMR LSTM) ; Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM) | Plant Health Institute of Montpellier (UMR PHIM) ; Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM) | Laboratoire des Interactions Plantes Microbes Environnement (LIPME) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Plateforme Bio-Informatique - Génotoul ; Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT) ; Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRAE) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-IR BioInfOmics ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | ANR-21-CE20-0011,SymWay,Une nouvelle voie symbiotique pour l'infection rhizobienne et la nodulation chez les légumineuses(2021) | ANR-14-CE19-0005,AeschyNod,Génétique de la légumineuse Nod-indépendante Aeschynomene evenia pour étudier l'évolution de la symbiose rhizobienne et dans la perspective du transfert de la fixation d'azote aux plantes d'intérêt agronomique(2014)
International audience
显示更多 [+] 显示较少 [-]英语. Abstract Intensive research on nitrogen-fixing symbiosis in two model legumes has uncovered the molecular mechanisms, whereby rhizobial Nod factors activate a plant symbiotic signaling pathway that controls infection and nodule organogenesis. In contrast, the so-called Nod-independent symbiosis found between Aeschynomene evenia and photosynthetic bradyrhizobia, which does not involve Nod factor recognition nor infection thread formation, is less well known. To gain knowledge on how Nod-independent symbiosis is established, we conducted a phenotypic and molecular characterization of A. evenia lines carrying mutations in different nodulation genes. Besides investigating the effect of the mutations on rhizobial symbiosis, we examined their consequences on mycorrhizal symbiosis and in nonsymbiotic conditions. Analyzing allelic mutant series for AePOLLUX, Ca2+/calmodulin dependent kinase, AeCYCLOPS, nodulation signaling pathway 2 (AeNSP2), and nodule inception demonstrated that these genes intervene at several stages of intercellular infection and during bacterial accommodation. We provide evidence that AeNSP2 has an additional nitrogen-dependent regulatory function in the formation of axillary root hairs at lateral root bases, which are rhizobia-colonized infection sites. Our investigation of the recently discovered symbiotic actor cysteine-rich receptor-like kinase specified that it is not involved in mycorrhization; however, it is essential for both symbiotic signaling and early infection during nodulation. These findings provide important insights on the modus operandi of Nod-independent symbiosis and contribute to the general understanding of how rhizobial–legume symbioses are established by complementing the information acquired in model legumes.
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