Pierre-Marc Delaux

Une capacité propre à tous les organismes du vivant est celle de percevoir et de répondre à la présence d’autres organismes. Ces réponses, et la qualité de l’interaction qui en découlera, varient le long d’un continuum allant de la réponse immunitaire jusqu’au recrutement de mécanismes cellulaires et moléculaires permettant la formation d’associations symbiotiques étroites, bénéficiant aux deux organismes partenaires. Les interactions entre plantes et microorganismes sont particulièrement adaptées à l’étude de ces mécanismes, études facilitées par l’utilisation de méthodes d’édition du génome chez des espèces modèles analysables à haut débit. En tant que jeune chercheur, puis au sein de mon équipe de recherche depuis 2020, je cherche à disséquer les mécanismes moléculaires symbiotiques déployés par les plantes pour accommoder leurs symbiontes. Ces travaux reposent sur l’utilisation d’outils de biologie comparative aux échelles génomiques, transcriptomiques, métabolomique et phénotypiques, couplée à la génétique inverse et plus récemment à la biologie synthétique.  De mes travaux ressortent deux grandes directions que je souhaite explorer dans le futur. 

Mon équipe et nos collaborateurs et collaboratrices internationaux ont découvert l’existence d’une voie de signalisation vieille de 450 million d’année (Rich et al. 2021), composée de récepteurs membranaires, de kinases et de facteurs de transcriptions, commune à toutes les espèces végétales capables de redifférencier leurs cellules pour accommoder un microorganisme symbiotique, bactérie ou champignon, au sein même de leurs cellules (Radhakrishnan et al. 2020). Comment cette voie de signalisation est régulée par des organismes symbiotiques ? Quels mécanismes empêchent son recrutement par des organismes pathogènes ? Comment a-t-elle pu être maintenue au cours de l’évolution ? J’explore aujourd’hui ces questions à travers mon projet ERC CoG ORIGINS, et tente de récapituler nos découvertes pour générer de nouvelles symbioses bénéfiques pour l’agriculture globale dans le cadre du projet Engineering Nitrogen-fixing Symbiosis for Africa soutenu par la fondation Bill & Melinda Gates.

Une voie de signalisation comportant des kinases et un facteur de transcription (CYCLOPS) est associée à toutes les symbioses intracellulaires chez les plantes. Les symbioses mycorhizienne à arbuscule, ericoides, orchidoides, fixatrice d’azote et jungermanniales sont représentées.

La seconde direction que je souhaite explorer est bâtie sur la découverte de l’existence d’un génome symbiotique chez les plantes, une portion du génome dédiée à la mise en place d’interactions symbiotiques avec le microbiote (Griesman et al. 2018 ; Radhakrishnan et al. 2020).  Ce génome symbiotique a pu être identifié à l’aide d’outils de comparaison phylogénomiques permettant d’associer capacité symbiotique avec la présence ou le taux d’évolution de gènes et, plus récemment, d’éléments cis régulateurs. Ce type d’association évolutive gène-pour-trait a également été observé par d’autres chez les animaux pour des caractéristiques développementales comme la pilosité chez les mammifères. En explorant les génomes, les microbiotes et les capacités symbiotiques déjà décrits chez les mammifères, les insectes ou les champignons, serions-nous capables d’identifier des génomes symbiotiques dans tout le vivant ? A terme, pourrions-nous définir des règles générales permettant de positionner les interactions entre deux organismes sur le continuum entre immunité et symbiose ?

Au-delà de ces deux axes de travail, une direction nouvellement initiée dans mon équipe consiste à étudier l’évolution des interactions parasite – hôte. Contrairement aux interactions mutualistes, l’évolution de relations parasitiques est contrainte d’une part par les mécanismes immunitaires de l’hôte et, d’autre part, par le détournement de ces mécanismes par les parasites. Ces relations reposent donc sur une évolution rapide, bien décrite chez les plantes à fleurs. Les mécanismes immunitaires des autres plantes, telles bryophytes et algues vertes, restent méconnus. Nous nous attachons à découvrir ces mécanismes en étudiant leur évolution aux échelles intra et inter-spécifiques. A terme, nous espérons isoler de nouvelles sources de résistance aux pathogènes, potentiellement utilisables en agriculture.

Diversité morphologique chez la bryophyte modèle Marchantia polymorpha utilisée pour déchiffrer les mécanismes immunitaires.

Références bibliographiques :

Rich et al. (2021) 10.1126/science.abg0929

Radhakrishnan et al. (2020) 10.1038/s41477-020-0613-7

Griesmann et al. (2018) 10.1126/science.aat1743