1. Convergent Evolution of Endosymbiont Differentiation in Dalbergioid and Inverted Repeat-Lacking Clade Legumes Mediated by Nodule-Specific Cysteine-Rich Peptides
- Author
-
Clémence Chaintreuil, Eric Giraud, Corinne Da Silva, Patrick Wincker, Djamel Gully, Lionel Moulin, Joël Fardoux, Pierre Czernic, Delphine Patrel, Jean-François Arrighi, Phuong Nguyen, Quentin Barrière, Peter Mergaert, Frédéric Gressent, Valérie Rofidal, Olivier Pierre, Sonia Hem, Fabienne Cartieaux, Ibtissem Guefrachi, Julie Poulain, Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (UMR LSTM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université Montpellier 1 (UM1)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-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 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), Intéractions Plantes-Bactéries (PBI), Département Microbiologie (Dpt Microbio), 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), ANR-SESAM-2010-BLAN-170801, ANR-BugsInaCell-13-BSV7-0013, Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes ( LSTM ), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Université Montpellier 1 ( UM1 ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques ( UM2 ) -Université de Montpellier ( UM ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Intéractions Plantes-Bactéries ( PBI ), Département Microbiologie ( Dpt Microbio ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-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), and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
0106 biological sciences ,0303 health sciences ,Root nodule ,Medicago ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,biology ,Physiology ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,food and beverages ,Aeschynomene ,Plant Science ,Fabaceae ,biology.organism_classification ,01 natural sciences ,Cell biology ,Transcriptome ,03 medical and health sciences ,Symbiosis ,Polyploid ,Botany ,Genetics ,Rhizobium ,030304 developmental biology ,010606 plant biology & botany - Abstract
International audience; Nutritional symbiotic interactions require the housing of large numbers of microbial symbionts, which produce essential compounds for the growth of the host. In the legume-rhizobium nitrogen-fixing symbiosis, thousands of rhizobium microsymbionts, called bacteroids, are confined intracellularly within highly specialized symbiotic host cells. In Inverted Repeat-Lacking Clade (IRLC) legumes such as Medicago spp., the bacteroids are kept under control by an arsenal of nodule-specific cysteine-rich (NCR) peptides, which induce the bacteria in an irreversible, strongly elongated, and polyploid state. Here, we show that in Aeschynomene spp. legumes belonging to the more ancient Dalbergioid lineage, bacteroids are elongated or spherical depending on the Aeschynomene spp. and that these bacteroids are terminally differentiated and polyploid, similar to bacteroids in IRLC legumes. Transcriptome, in situ hybridization, and proteome analyses demonstrated that the symbiotic cells in the Aeschynomene spp. nodules produce a large diversity of NCR-like peptides, which are transported to the bacteroids. Blocking NCR transport by RNA interference-mediated inactivation of the secretory pathway inhibits bacteroid differentiation. Together, our results support the view that bacteroid differentiation in the Dalbergioid clade, which likely evolved independently from the bacteroid differentiation in the IRLC clade, is based on very similar mechanisms used by IRLC legumes.
- Published
- 2015
- Full Text
- View/download PDF