Genetics of nodulation in Aeschynomene evenia uncovers mechanisms of the rhizobium-legume symbiosis

Autor: Quilbé, Johan, Lamy, Léo, Brottier, Laurent, Leleux, Philippe, Fardoux, Joël, Rivallan, Ronan, Benichou, Thomas, Guyonnet, Rémi, Becana, Manuel, Villar, Irene, Garsmeur, Olivier, Hufnagel, Barbara, Delteil, Amandine, Gully, Djamel, Chaintreuil, Clémence, Pervent, Marjorie, Cartieaux, Fabienne, Bourge, Mickael, Valentin, Nicolas, Martin, Guillaume, Fontaine, Loïc, Droc, Gaëtan, Dereeper, Alexis, Farmer, Andrew, Libourel, Cyril, Nouwen, Nico, Gressent, Frédéric, Mournet, Pierre, D'Hont, Angélique, Giraud, Eric, Klopp, Christophe, Arrighi, Jean-François
Přispěvatelé: Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (UMR LSTM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Montpellier (UM)-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)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Unité de Biométrie et Intelligence Artificielle de Toulouse [Castanet-Tolosan] (UBIA), Plateforme bioinformatique du GIS GENOTOUL - Génopole Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Département Systèmes Biologiques (Cirad-BIOS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Estación Experimental de Aula Dei (EEAD), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (BPMP), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cytométrie (CYTO), Département Plateforme (PF I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Biologie et Génétique des Interactions Plante-Parasite (UMR BGPI), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), National center for genome resources (NCGR), Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Spanish Ministry of Science and Innovation-European Regional Development Fund (AGL2017-85775-R), ANR-14-CE19-0005,AeschyNod,Génétique de la légumineuse Nod-indépendante Aeschynomene evenia pour étudier l'évolution de la symbiose rhizobienne et dans la perspective du transfert de la fixation d'azote aux plantes d'intérêt agronomique(2014), ANR-10-LABX-0001,AGRO,Agricultural Sciences for sustainable Development(2010), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - 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 de Biométrie et Intelligence Artificielle (ancêtre de MIAT) (UBIA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro, Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Plant Health Institute of Montpellier (UMR PHIM), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Agricultural genetics
Plant genetics
F60 - Physiologie et biochimie végétale
[SDV]Life Sciences [q-bio]
Symbiose
nodosité racinaire
Plant Root Nodulation
Plant Roots
Article
F30 - Génétique et amélioration des plantes
[SDV.GEN.GPL]Life Sciences [q-bio]/Genetics/Plants genetics
Gene Expression Regulation
Plant
Légumineuse
[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology
Amino Acid Sequence
Bradyrhizobium
Photosynthesis
Symbiosis
Phylogeny
Plant Proteins
Rhizobial symbiosis
Plant Stems
Formation de nodosités
phytogénétique
High-Throughput Nucleotide Sequencing
Fabaceae
Molecular Sequence Annotation
[SDV.BV.BOT]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology/Botanics
Biological Evolution
Aeschynomène
Gene Ontology
Transcriptome
Genome
Plant
Rhizobium
Signal Transduction
[SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology
environment/Symbiosis
Zdroj: Nature Communications
Nature Communications, Nature Publishing Group, 2021, 12, ⟨10.1038/s41467-021-21094-7⟩
Nature Communications, 2021, 12, ⟨10.1038/s41467-021-21094-7⟩
ISSN: 2041-1723
DOI: 10.1038/s41467-021-21094-7⟩
Popis: Among legumes (Fabaceae) capable of nitrogen-fixing nodulation, several Aeschynomene spp. use a unique symbiotic process that is independent of Nod factors and infection threads. They are also distinctive in developing root and stem nodules with photosynthetic bradyrhizobia. Despite the significance of these symbiotic features, their understanding remains limited. To overcome such limitations, we conduct genetic studies of nodulation in Aeschynomene evenia, supported by the development of a genome sequence for A. evenia and transcriptomic resources for 10 additional Aeschynomene spp. Comparative analysis of symbiotic genes substantiates singular mechanisms in the early and late nodulation steps. A forward genetic screen also shows that AeCRK, coding a receptor-like kinase, and the symbiotic signaling genes AePOLLUX, AeCCamK, AeCYCLOPS, AeNSP2, and AeNIN are required to trigger both root and stem nodulation. This work demonstrates the utility of the A. evenia model and provides a cornerstone to unravel mechanisms underlying the rhizobium–legume symbiosis.
The establishment of symbiotic interaction between Aeschynomene evenia and photosynthetic bradyrhizobia doesn’t involve the canonical Nod factors and infection threads. Here, the authors assemble the draft genome of A. evenia and identify a receptor-like kinase in mediating the symbiotic interaction.
Databáze: OpenAIRE
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