Multidisciplinary approach of the Methylobacterium nodulans / Crotalaria podocarpa symbiosis
Approche pluridisciplinaire de la Symbiose Methylobacterium nodulans / Crotalaria podocarpa
Résumé
The Methylobacterium nodulans / Crotalaria podocarpa interaction is an original symbiosis. First, major metabolic modifications in the nodule will take place due to bacterial methylotrophic property located at the nodule apex: a significant apical degradation was observed after cell wall digestion, with free methanol emission, directly available for the bacterium. The bacteroid (size and form unusually large) provides the useful energy to nitrogenase activity, allowing the plant to accumulate organic compounds inside infected cells in amyloplasts. In addition, the bacterial methylotrophic property contributes to plant biomass benefit (40% higher when compared to non methylotrophic mutants). However, any Crotalaria species take advantage in terms of nitrogen fixation to be combined with either M. nodulans or Bradyrhizobium sp., the latter bacterial genus being commonly associated with Crotalaria sp. The feature of the symbiosis is also original due to molecular interactions: M. nodulans nod genes are insensitive to Bradyrhizobium flavonoid inducers (isoflavones) but are inducible by flavanones and flavones. The phylogenetic analysis of identified nod genes shows that M. nodulans belongs to the same branch as Methylobacterium sp. 4-46 and Burkholderia tuberum STM678, isolated from others species belonging to Crotalarieae tribe. A new Nod factor was identified as a bacterial signal as follows MnV(C18:1, S). Thus, if the specific M. nodulans – plant interaction was only reported for three Crotalaria species, the bacterium capacity to form pseudonodules with different Crotalaria points out the major key role of other chemical key signals during the infection process and suggests various molecular mechanisms supporting the symbiotic specificity.
La symbiose Methylobacterium nodulans / Crotalaria podocarpa est une symbiose originale. En effet, la méthylotrophie, propriété remarquable de la bactérie, s'exprime à l'apex du nodule et modifie localement le métabolisme : une dégradation apicale marquée des tissus est observée suite à une digestion des parois végétales, libérant du méthanol directement utilisable par la bactérie. Grâce à ce métabolisme, le bactéroïde -de taille et de forme inhabituellement grandes- fournirait l'énergie nécessaire à l'activité de la nitrogénase, et permettrait à la plante d'accumuler des réserves carbonées sous forme d'amyloplastes dans les cellules infectées. Cette propriété méthylotrophique bactérienne apporte également à la plante-hôte un gain de biomasse (>40 % par rapport aux mutants non méthylotrophes). En revanche, à l'échelle de l'espèce, la crotalaire n'est pas avantagée, en termes de fixation d'azote, à s'associer avec M. nodulans ou avec Bradyrhizobium sp., autre genre bactérien décrit en symbiose avec ces plantes. L'originalité de cette association symbiotique se situe également au niveau du dialogue moléculaire : les gènes nod de M. nodulans sont insensibles aux isoflavones, flavonoïdes inducteurs des Bradyrhizobium, mais sont induits par les flavanones et les flavones. L'analyse phylogénétique des gènes nod révèle que M. nodulans forme une branche particulière avec Methylobacterium sp. 4-46 et Burkholderia tuberum STM678, isolées de nodules de Légumineuses appartenant à la tribu des Crotalariae. Au niveau du signal bactérien, une structure unique de facteur Nod a été caractérisée chez M. nodulans ORS2060T : MnV(C18:1, S). Enfin, si la symbiose fonctionnelle M. nodulans/ Crotalaria a été identifiée seulement chez trois espèces de ce genre, la capacité du partenaire bactérien à former des pseudonodules avec d'autres Crotalaria laisse entrevoir un rôle clé de plusieurs composés pendant le processus d'infection suggérant différents mécanismes moléculaires impliqués dans la spécificité d'hôte.