Bases génétiques et forces sélectives impliquées dans l'évolution de nouveaux symbiotes de légumineuses

Les rhizobia sont des bactéries phylogénétiquement diverses, capables d'interagir avec les légumineuses et de fixer de l'azote au profit de la plante hôte. Ces bactéries ont émergé via des transferts horizontaux répétés et indépendants de quelques gènes essentiels pour la symbiose, conférant leur capacité d'inciter la formation d'un nouvel organe chez la plante hôte, le nodule, et de fixer de l'azote. Cependant, ces transferts ne sont pas toujours suffisants pour rendre symbiotique une bactérie receveuse. Dans ces cas, des étapes additionnelles d'adaptation sous pression de sélection de la plante sont nécessaires pour l'activation ou optimisation du potentiel symbiotique acquis. Une expérience d'évolution visant à comprendre l'émergence de nouveaux symbiotes a été initiée au laboratoire pour essayer d'obtenir un nouveau genre de rhizobium. Le phytopathogène Ralstonia solancearum et le symbiote naturel de Mimosa pudica, Cupriavidus taiwanensis, ont été utilisés comme receveur and donneur des gènes symbiotiques, respectivement. Après l'inoculation massive des plantes de M. pudica, trois variants nodulants ont été obtenus et soumis à des cycles de nodulation sériés sur M. pudica. Ces cycles ont sélectionné rapidement des variants ayant des capacités symbiotiques améliorées. La dynamique d'adaptation à la symbiose des populations évoluées pendant 35 cycles et les changements moléculaires ont été analysés. L'adaptation rapide des bactéries à la symbiose a été supportée par la fixation séquentielle des cohortes mutationnelles (i.e. mutations ayant des trajectoires temporelles de fréquences similaires au cours de l'expérience) dans les populations évoluées. L'identification et la caractérisation des mutations adaptatives dans ces cohortes suggèrent que l'adaptation des bactéries dans ce système est dirigée de façon prédominante par la sélection des bactéries pour leur compétitivité à l'entrée dans l'hôte en comparaison de leur capacité à proliférer dans l'hôte. L'annotation des gènes affectés par les mutations adaptatives identifiées indiquent qu'ils sont peu ou pas-caractérisés. La caractérisation fonctionnelle de ces mutants a démontré que plusieurs mutations adaptatives pour la symbiose diminuent la pathogénicité de la souche ancestrale de Ralstonia et sont pléiotropiques, agissant sur la production d'EPS, la motilité, le métabolisme et la résistance au stress. Le mutualisme n'a pas été obtenu dans cette expérience d'évolution. Cependant, un gène, muté de façon convergente dans différentes lignées évoluées, a été associé à une prolifération améliorée des bactéries dans les nodules et la détection de faibles niveaux d'activité de l'enzyme nitrogénase.