Les voies de signalisation des phytohormones dans l’établissement de la symbiose ectomycorhizienne entre racines de Populus et Laccaria bicolor : un nouveau regard sur la modulation de la perception de l’acide jasmonique au cours de la colonisation fongique

Promoting nutrient cycling and tree fitness, ectomycorrhizae (ECM) are mutualistic interactions pivotal in forest ecosystems. However not much is known about the signals and molecular mechanisms underpinning their establishment. Using Populus and Laccaria bicolor as a model system, it was shown that the fungal Mycorrhiza-Induced Small Secreted Protein of 7 kDa (MiSSP7) is secreted upon ECM establishment, penetrates the nuclei of cortical root cells of its host and stabilizes the repressor of jasmonic acid (JA) signaling PtJAZ6, dampening plant responses to JA and promoting mutualism. JA signaling is implied in plant defense and development, but it is currently unknown which part of JA-dependent responses in host roots need to be suppressed for ECM formation. Therefore, the thesis aims to answer the following questions: (i) how does the effector protein MiSSP7 impact the structure of the JA perception complex in poplar roots? (ii) do distinct branches of JA signaling play specific roles during ECM establishment? (iii) does the interplay between JA signaling and other hormone signaling pathways influence symbiotic development? Through protein-protein interaction studies, we deciphered the composition of the PtJAZ6-associated protein complex in poplar roots and showed that MiSSP7 modulates the strength of interactions between PtJAZ6 and its associated transcription factors (TFs). Altered expression of the genes coding for such TFs in poplar roots, through genetic engineering, influences ECM maturation, indicating that PtJAZ6-binding TFs regulate the extent of this mutualistic interaction. In addition, by means of hormonomics coupled with physiologic and transcriptomic analysis of hormone-treated poplar roots and L. bicolor mycelium, we demonstrate that a complex rearrangement of phytohormone biosynthesis and perception takes place in host roots during symbiotic development. In particular, we found that fungus-colonized roots are less sensitive to JA. Altogether, our results suggest a dual role of JA signaling in developing ECM, with one branch functioning to regulate fungal apoplastic penetration to an optimal extent, and another being responsible of fungal exclusion under stress conditions. We propose that finely tuned phytohormone signaling, and in particular JA signaling, is crucial for the integration of fungal and plant-derived signals, in order to reprogram root and mycelial physiology for a successful mutualistic interaction.Les ectomycorhizes (ECM) sont des interactions mutualistes essentielles dans les écosystèmes forestiers, car elles promeuvent la croissance des arbres et participent aux cycles des éléments nutritifs. Cependant, les signaux et les mécanismes moléculaires qui sous-tendent leur développement sont encore mal connus. En utilisant le modèle d’étude entre peuplier et le champignon Laccaria bicolor, il a été montré que la protéine fongique MiSSP7 (Mycorrhiza-induced Small Secreted Protein 7 kDa) est sécrétée, pénètre les noyaux des cellules racinaires corticales de son arbre hôte où elle stabilise PtJAZ6, le répresseur de la voie de signalisation de l’acide jasmonique (AJ). Cette stabilisation inhibe les réponses médiées par l’AJ et permettent l’établissement de la symbiose. La signalisation de l’AJ est impliquée dans la défense et le développement des plantes, mais on ignore actuellement quelles sont les réponses dépendantes de l’AJ qui doivent être supprimées pour autoriser le développement de la symbiose ECM. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous tentons de répondre aux questions suivantes : (i) Comment la protéine effectrice MiSSP7 influence-t-elle la structure du complexe de perception de l’AJ dans les racines de peuplier ? (ii) Des branches distinctes de la signalisation de l’AJ jouent-elles des rôles spécifiques lors de l'établissement de l'ECM ? (iii) L'interaction entre la voie de signalisation de l’AJ et d'autres voies de signalisation hormonale influence-t-elle le développement symbiotique ? Nous avons identifié le complexe protéique associé à PtJAZ6 dans les racines de peuplier et avons montré que MiSSP7 module la force des interactions entre PtJAZ6 et ses facteurs de transcription associés (FT). La modification de l'expression des gènes codant pour ces FT dans les racines de peuplier, par transformation génétique, influence la maturation des ECM, indiquant que les FT associés à PtJAZ6 régulent cette interaction mutualiste. De plus, en couplant une analyse hormonomique à une analyse physiologique et transcriptomique de racines de peuplier et de mycélium de L. bicolor traités aux hormones, nous avons démontré que des modifications de la biosynthèse et de la perception des phytohormones ont lieu au cours du développement de l’ECM. Pris ensemble, nos résultats suggèrent un double rôle de la signalisation de l’AJ dans le développement de l'ECM avec une branche fonctionnant pour réguler la pénétration apoplastique des hyphes fongiques et une autre étant responsable de l’exclusion du champignon dans des conditions de stress. Nous proposons que la régulation fine de la signalisation des phytohormones, et en particulier de l’AJ, est cruciale pour l'intégration des signaux fongiques et végétaux, afin de reprogrammer à la fois la physiologie des cellules racinaire et des hyphes pour le développement de l’ECM