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Les plantes de la famille des légumineuses sont capables d’établir des associations symbiotiques avec des bactéries rhizobia fixatrices d’azote, qui contribuent à la nutrition azotée de la plante hôte au sein de nodosités racinaires néoformées. La formation de ces organes uniques nécessite la coordination étroite entre l’infection bactérienne, initiée dans l'épiderme des racines, et le programme d'organogenèse nodulaire initié en parallèle dans les tissus racinaires sous-jacents. Bien que l’intégration entre ces processus est nécessaire pour le développent nodulaire, les signaux impliqués et/ou les mécanismes permettant leur transmission étaient méconnus.

Dans cette étude, les chercheurs ont découvert l’importance de la communication intercellulaire (symplastique) chez les plantes pour la formation des nodosités racinaires fixatrices d’azote, lors la symbiose rhizobium-légumineuse. Les auteurs montrent que les bactéries symbiotiques favorisent la communication symplastique des tissues racinaires dans lesquels les nodules s’initient, en régulant les niveaux de callose (β-1,3-glucan), et de polyssacharides de parois, associés aux plasmodesmes (voir l’encadré). Cette régulation est en partie prise en charge par l’enzyme β-1,3-glucanase MtBG2, qui, en dégradant la callose associée aux plasmodesmes, permet la création des connections symplastiques.

La β-1,3-glucanase MtBG2 favorise la création des connectivités symplastiques dans les nodules en formation

En outre, l’expression graduelle de MtBG2 à partir des cellules en division vers les tissus racinaires externes en cours d’infection, permet la création des domaines symplastiques nécessaires à la formation des nodules et leur colonisation. En suivant le transport des molécules fluorescentes in vivo, les chercheurs confirment la création de ces domaines symplastiques connectés dans les tissus colonisés par les bactéries symbiotiques.

La connectivité symplastique est nécessaire au développement des nodules racinaires et à leur colonisation par les bactéries

L’expression racinaire des β-1,3-glucanases (y compris MtBG2) augmente la formation des nodosités colonisées par les rhizobia. A l’inverse, le blocage des connections symplastiques par des approches d’ARN interférant ou par l’hyperaccumulation ciblée de callose au niveau des plasmodesmes, diminue fortement la formation de nodules et leur colonisation. Enfin, ces travaux mettent en évidence l’importance de cette voie symplastique pour la régulation spatiale de l’expression des facteurs de transcription symbiotiques majeurs NODULE INCEPTION (NIN) et NUCLEAR FACTOR-YA1 (NF-YA1).

Ces recherches démontrent comment les rhizobiums suscitent la communication symplastique entre cellules végétales racinaires pour la formation des nodules fixateurs d’azote, ouvrant des perspectives nouvelles dans la compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent la mise en place des interactions plantes-microorganismes bénéfiques.