Les systèmes Toxine-Antitoxine VapBC : des régulateurs de la symbiose fixatrice d'azote Rhizobium-Légumineuse

Lors de la symbiose fixatrice d’azote entre la légumineuse modèle Medicago truncatula et la rhizobiacée Sinorhizobium meliloti, les bactéries, différenciées en bactéroïdes dans la nodosité, réduisent l’azote atmosphérique (N2) en ammoniac (NH3), directement assimilable par la plante. En contrepartie, la plante fournit à son symbiote une niche écologique et des substrats carbonés. Tout au long de l’interaction, la bactérie est confrontée à des microenvironnements changeants depuis la vie libre dans le sol, l’infection et l’invasion des cellules végétales, la différenciation en bactéroïde fixateur et finalement la rupture symbiotique. Afin de mieux comprendre les mécanismes d‘adaptation rapide développés par S. meliloti lors de la symbiose, nous nous sommes intéressées au rôle des systèmes Toxine-Antitoxine (TA) bactériens de type VapBC dans ce processus. Ces modules, composés d’une toxine et de son antitoxine apparentée, sont associés chez les bactéries pathogènes à la réponse aux stress et à l’adaptation à la vie intracellulaire. La toxine, de par son activité RNase site-spécifique, permet une inhibition globale ou partielle de la traduction. Chez S. meliloti, 11 systèmes VapBC chromosomiques putatifs ont été identifiés et deux seulement (VapC4 et VapC5) ont été caractérisés en interaction symbiotique. Au cours de cette thèse, nous avons tout d’abord démontré, par une approche de validation fonctionnelle, que les neuf systèmes VapBC prédits sont des modules Toxine/Antitoxine. Puis, afin d’évaluer le rôle de chaque système dans la symbiose, des mutants d’invalidation du gène de la toxine VapC ont été construits et analysés en interaction avec M. truncatula. Trois mutants (vapC3, vapC7 et vapC10) présentent, à 6 semaines post-inoculation, une amélioration de la capacité fixatrice d’azote des nodosités par rapport au sauvage. Les mutants vapC3 et vapC7 présentent également un nombre et une taille de nodosités supérieurs. Ces mutants, en augmentant l’apport azoté global de la plante, conduisent à une augmentation du rendement végétal. Le mutant vapC10, quant à lui, présente une amélioration de la viabilité bactérienne associée à une sénescence retardée, sans amélioration du rendement végétal en raison d’un nombre inférieur de nodosités par plante. Ainsi, nous démontrons que la bactérie, par l’intermédiaire des systèmes VapBC, participe à la régulation de l’interaction symbiotique. Les toxines VapC3 et VapC7, dans un contexte sauvage, limitent la prolifération et/ou l’infection bactérienne tandis que la toxine VapC10 diminue la viabilité bactéroïdienne. Afin d’identifier les cibles moléculaires des ribonucléases VapC7 et VapC10, nous avons développé une analyse de MORE RNA-seq (Mapping by Overexpression of an RNase in E. coli). Cette technique permet de déterminer, par leur extrémité 5’, les ARN clivés après surexpression chez E. coli des toxines de S. meliloti. Les toxines VapC7 et VapC10, clivent respectivement l’ARNtfMet et deux ARNtSer d’E. coli permettant ainsi, une inhibition globale ou partielle de la traduction. Des ARNt homologues ont été identifiés chez S. meliloti par analyse bio-informatique. Il en résulte que le gène spécifiant l’ARNtfMet initiateur de la traduction, jusqu’alors non formellement identifié chez S. meliloti, serait présent en trois copies sur les trois loci rrn chromosomiques. En conclusion, les toxines VapC7 et VapC10 de S. meliloti sont des tRNAses impliquées dans la reprogrammation métabolique de S. meliloti lors de la symbiose et intervenant dans la régulation de l’interaction symbiotique, probablement en réponse aux besoins azotés, énergétiques et spécifiques de sa plante hôte.