The Independent Acquisition of Plant Root Nitrogen-Fixing Symbiosis in Fabids Recruited the Same Genetic Pathway for Nodule Organogenesis

Autor: Didier Bogusz, Claudine Franche, Françoise de Billy, Mathish Nambiar-Veetil, Luis Gabriel Wall, Virginie Vaissayre, Jocelyne Bonneau, Valérie Hocher, Faiza Meriem Benabdoun, Sergio Svistoonoff, Hassen Gherbi, Nadia Ykhlef, Stella Cesari, Leandro Imanishi, Charles Rosenberg, Nathalie Diagne
Přispěvatelé: Institut de Recherche Agricole pour le Développement [Yaoundé] (IRAD), Université des Frères Mentouri (Constantine 1), Institute of Forest Genetics and Tree Breeding, Universidad Nacional de Quilmes (UNQ), Biologie et Génétique des interactions Plantes-parasites pour la Protection Intégrée, Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Unité mixte de recherche interactions plantes-microorganismes, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, IRD, Agence Nationale de la Recherche Project NewNod, Agence Nationale de la Recherche Project SESAM [AN-06-BLAN-0095, 2010 BLAN 1708 01], University of Quilmes, ECOS-SUD [A07B02], European Union, Department of Biotechnology, Ministry of Science and Technology, Government of India, IRD Department of Capacity-Building for Southern Scientific Communities (IRD-DPF), Argentinean National Research Council (CONICET)
Rok vydání: 2013
Předmět:
Plant Phylogenetics
0106 biological sciences
Root nodule
Plant Evolution
[SDV]Life Sciences [q-bio]
Frankia
Gene Expression
Secondary Metabolism
Plant Science
Plant Root Nodulation
01 natural sciences
purl.org/becyt/ford/1 [https]
Plant Microbiology
Transduction
Genetic
Mycorrhizae
Plant Proteins
Plant Growth and Development
2. Zero hunger
0303 health sciences
Multidisciplinary
biology
Plant Biochemistry
Fabaceae
Agriculture
Bioquímica y Biología Molecular
Biological Evolution
Medicago truncatula
Plant Physiology
Medicine
Actinorhizal plant
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
Rhizobium
Signal Transduction
Research Article
Plant Cell Biology
Science
Molecular Sequence Data
Calcium-Calmodulin-Dependent Protein Kinase Kinase
Discaria
Rhizobia
Ciencias Biológicas
03 medical and health sciences
Bacterial Proteins
Symbiosis
Nitrogen Fixation
Plant-Environment Interactions
Botany
[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology
Amino Acid Sequence
purl.org/becyt/ford/1.6 [https]
Biology
030304 developmental biology
Plant Ecology
Genetic Complementation Test
fungi
Actinorrizas
Plant Taxonomy
biology.organism_classification
Sustainable Agriculture
Cannabaceae
Mutation
010606 plant biology & botany
Zdroj: Plos One 5 (8), . (2013)
PLoS ONE
PLoS ONE, Public Library of Science, 2013, 8 (5), ⟨10.1371/journal.pone.0064515⟩
CONICET Digital (CONICET)
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
instacron:CONICET
PLoS ONE, Vol 8, Iss 5, p e64515 (2013)
ISSN: 1932-6203
Popis: Only species belonging to the Fabid clade, limited to four classes and ten families of Angiosperms, are able to form nitrogen-fixing root nodule symbioses (RNS) with soil bacteria. This concerns plants of the legume family (Fabaceae) and Parasponia (Cannabaceae) associated with the Gram-negative proteobacteria collectively called rhizobia and actinorhizal plants associated with the Gram-positive actinomycetes of the genus Frankia. Calcium and calmodulin-dependent protein kinase (CCaMK) is a key component of the common signaling pathway leading to both rhizobial and arbuscular mycorrhizal symbioses (AM) and plays a central role in cross-signaling between root nodule organogenesis and infection processes. Here, we show that CCaMK is also needed for successful actinorhiza formation and interaction with AM fungi in the actinorhizal tree Casuarina glauca and is also able to restore both nodulation and AM symbioses in a Medicago truncately ccamk mutant. Besides, we expressed auto-active CgCCaMK lacking the auto-inhibitory/CaM domain in two actinorhizal species: C. glauca (Casuarinaceae), which develops an intracellular infection pathway, and Discaria trinervis (Rhamnaceae) which is characterized by an ancestral intercellular infection mechanism. In both species, we found induction of nodulation independent of Frankia similar to response to the activation of CCaMK in the rhizobia-legume symbiosis and conclude that the regulation of actinorhiza organogenesis is conserved regardless of the infection mode. It has been suggested that rhizobial and actinorhizal symbioses originated from a common ancestor with several independent evolutionary origins. Our findings are consistent with the recruitment of a similar genetic pathway governing rhizobial and Frankia nodule organogenesis. Fil: Svistoonoff, Sergio. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Benabdoun, Faiza Meriem. Mentouri University. Departement of Biology and Ecology; Argelia. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Nambiar Veetil, Mathish. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Imanishi, Leandro Ezequiel. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Vaissayre, Virginie. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Cesari, Stella. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia. Institut National de la Recherche Agronomique; Francia Fil: Diagne, Nathalie. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia. Institut National de la Recherche Agronomique; Francia Fil: Hocher, Valérie. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: de Billy, Françoise. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Institut National de la Recherche Agronomique; Francia Fil: Wall, Luis Gabriel. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Ykhlef, Nadia. Mentouri University. Departement of Biology and Ecology; Argelia Fil: Rossemberg, Charles. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Institut National de la Recherche Agronomique; Francia Fil: Bogusz, Didier. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Franche, Claudine. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia Fil: Gherbi, Hassen. Centre National de la Recherche Scientifique. Institut de Recherche pour le Développement; Francia
Databáze: OpenAIRE
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