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Champion A, Lucas M, Tromas A, Vaissayre V, Crabos A, Diédhiou I, Prodjinoto H, Moukouanga D, Pirolles E, Cissoko M, Bonneau J, Gherbi H, Franche C, Hocher V, Svistoonoff S, Laplaze L. Inhibition of auxin signaling in Frankia species-infected cells in Casuarina glauca nodules leads to increased nodulation. Plant Physiol 2015; 167:1149-57. [PMID: 25627215 PMCID: PMC4348781 DOI: 10.1104/pp.114.255307] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/09/2014] [Accepted: 01/26/2015] [Indexed: 05/07/2023]
Abstract
Actinorhizal symbioses are mutualistic interactions between plants and the soil bacteria Frankia spp. that lead to the formation of nitrogen-fixing root nodules. The plant hormone auxin has been suggested to play a role in the mechanisms that control the establishment of this symbiosis in the actinorhizal tree Casuarina glauca. Here, we analyzed the role of auxin signaling in Frankia spp.-infected cells. Using a dominant-negative version of an endogenous auxin-signaling regulator, INDOLE-3-ACETIC ACID7, we established that inhibition of auxin signaling in these cells led to increased nodulation and, as a consequence, to higher nitrogen fixation per plant even if nitrogen fixation per nodule mass was similar to that in the wild type. Our results suggest that auxin signaling in Frankia spp.-infected cells is involved in the long-distance regulation of nodulation in actinorhizal symbioses.
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Affiliation(s)
- Antony Champion
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Mikael Lucas
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Alexandre Tromas
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Virginie Vaissayre
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Amandine Crabos
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Issa Diédhiou
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Hermann Prodjinoto
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Daniel Moukouanga
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Elodie Pirolles
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Maïmouna Cissoko
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Jocelyne Bonneau
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Hassen Gherbi
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Claudine Franche
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Valérie Hocher
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Sergio Svistoonoff
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
| | - Laurent Laplaze
- Institut de Recherche pour le Développement, Unité Mixte de Recherche Diversité Adaptation et Développement des Plantes, Université Montpellier 2, F-34394 Montpellier cedex 5, France (A.C., M.L., A.T., V.V., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.); andLaboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux (A.C., M.L., A.T., A.C., I.D., H.P., D.M., E.P., M.C., J.B., H.G., C.F., V.H., S.S., L.L.) and Laboratoire Commun de Microbiologie Institut de Recherche pour le Développement/Institut Sénégalais des Recherches Agricoles/Université Cheikh Anta Diop (A.C., A.T., A.C., I.D., H.P., M.C., S.S., L.L.), Centre de Recherche de Bel Air, CP 18524 Dakar, Senegal
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Diédhiou I, Tromas A, Cissoko M, Gray K, Parizot B, Crabos A, Alloisio N, Fournier P, Carro L, Svistoonoff S, Gherbi H, Hocher V, Diouf D, Laplaze L, Champion A. Identification of potential transcriptional regulators of actinorhizal symbioses in Casuarina glauca and Alnus glutinosa. BMC Plant Biol 2014; 14:342. [PMID: 25492470 PMCID: PMC4264327 DOI: 10.1186/s12870-014-0342-z] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/31/2014] [Accepted: 11/19/2014] [Indexed: 05/07/2023]
Abstract
BACKGROUND Trees belonging to the Casuarinaceae and Betulaceae families play an important ecological role and are useful tools in forestry for degraded land rehabilitation and reforestation. These functions are linked to their capacity to establish symbiotic relationships with a nitrogen-fixing soil bacterium of the genus Frankia. However, the molecular mechanisms controlling the establishment of these symbioses are poorly understood. The aim of this work was to identify potential transcription factors involved in the establishment and functioning of actinorhizal symbioses. RESULTS We identified 202 putative transcription factors by in silico analysis in 40 families in Casuarina glauca (Casuarinaceae) and 195 in 35 families in Alnus glutinosa (Betulaceae) EST databases. Based on published transcriptome datasets and quantitative PCR analysis, we found that 39% and 26% of these transcription factors were regulated during C. glauca and A. glutinosa-Frankia interactions, respectively. Phylogenetic studies confirmed the presence of common key transcription factors such as NSP, NF-YA and ERN-related proteins involved in nodule formation in legumes, which confirm the existence of a common symbiosis signaling pathway in nitrogen-fixing root nodule symbioses. We also identified an actinorhizal-specific transcription factor belonging to the zinc finger C1-2i subfamily we named CgZF1 in C. glauca and AgZF1 in A. glutinosa. CONCLUSIONS We identified putative nodulation-associated transcription factors with particular emphasis on members of the GRAS, NF-YA, ERF and C2H2 families. Interestingly, comparison of the non-legume and legume TF with signaling elements from actinorhizal species revealed a new subgroup of nodule-specific C2H2 TF that could be specifically involved in actinorhizal symbioses. In silico identification, transcript analysis, and phylogeny reconstruction of transcription factor families paves the way for the study of specific molecular regulation of symbiosis in response to Frankia infection.
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Affiliation(s)
- Issa Diédhiou
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Campus de Biotechnologies Végétales, Département de Biologie Végétale, Faculté des Sciences et Techniques, Université Cheikh Anta Diop, Dakar, BP 5005 Dakar-Fann Sénégal
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
| | - Alexandre Tromas
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
| | - Maïmouna Cissoko
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
| | - Krystelle Gray
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
| | - Boris Parizot
- />Department of Plant Systems Biology, VIB, Ghent, Belgium
- />Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University, Ghent, Belgium
| | - Amandine Crabos
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
| | - Nicole Alloisio
- />Université Lyon 1, Université de Lyon, CNRS, Ecologie Microbienne, UMR 5557, Villeurbanne, 69622 Cedex France
| | - Pascale Fournier
- />Université Lyon 1, Université de Lyon, CNRS, Ecologie Microbienne, UMR 5557, Villeurbanne, 69622 Cedex France
| | - Lorena Carro
- />Université Lyon 1, Université de Lyon, CNRS, Ecologie Microbienne, UMR 5557, Villeurbanne, 69622 Cedex France
| | - Sergio Svistoonoff
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
| | - Hassen Gherbi
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
| | - Valérie Hocher
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
| | - Diaga Diouf
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Campus de Biotechnologies Végétales, Département de Biologie Végétale, Faculté des Sciences et Techniques, Université Cheikh Anta Diop, Dakar, BP 5005 Dakar-Fann Sénégal
| | - Laurent Laplaze
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
| | - Antony Champion
- />Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et microorganismes associés aux Stress Environnementaux, Centre de Recherche de Bel Air, BP 1386 CP 18524 Dakar, Sénégal
- />Laboratoire Commun de Microbiologie IRD/ISRA/UCAD, Centre de Recherche de Bel Air, Dakar, Sénégal
- />Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR DIADE, Equipe Rhizogenèse, Montpellier, France
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