Étude de la différenciation cellulaire en hyphes toruleux chez l'actinomycète « Frankia alni » ACN14A

Abstract

Les morphologies que peuvent adopter les bactéries sont diverses et reflètent leur adaptation à différents environnements. En réponse à des changements dans leur environnement (ex.: stress environnementaux) ou lors du déroulement normal de leur cycle de vie, les morphologies bactériennes sont appelées à se modifier: c'est la différenciation cellulaire. Indubitablement, la différenciation cellulaire est un mécanisme complexe qui doit être mis en branle efficacement ( en présence d'un stress) et doit être finement régulé pour se dérouler correctement. Les bactéries du genre « Frankia » sont caractérisées par une morphologie filamenteuse qui s'enchevêtre pour former des agrégats. Ces filaments ou hyphes portent des structures peu communes : une vésicule dans laquelle se déroule la fixation de l'azote atmosphérique et des sporange's, qui renferment des sporangiospores. Ces spores sont considérées comme des structures de reproduction, de survie et de dissémination du microorganisme dans l'environnement. Or, peu d'études se sont attardées aux sporanges ou aux sporangiospores chez « Frankia » et à la lumière des informations qui en ressortent, ces structures ont un métabolisme ralenti, semblent dormantes et difficiles à germer. Une autre structure, le RTH ou « reproductive torulose hyphae » a été étudiée une seule fois, chez la souche « Frankia » sp. Cj 1-82 et est décrite comme étant un hyphe élargi arborant une septation transversale multiple et régulière. Cette structure est différente d'un sporange au niveau morphologique et qui plus est, semble aussi différente du point de vue métabolique, vu sa capacité à reprendre une croissance filamenteuse rapidement lorsque remise en milieu frais. Au laboratoire, chez la souche « Frankia alni » ACNl4a, nous avons sporadiquement observé des structures morphologiquement semblables aux RTH de la souche Cj 1-82. Vu le manque de connaissances fondamentales sur le cycle de vie de « Frankia » en général, le peu d'information disponible sur cette morphologie et les applications intéressantes pouvant en découler, nous avons entrepris l'étude des hyphes toruleux chez la souche ACN14a; ces structures appelées « reproductive torulose hyphae » par Diem et Dommergues dans leur étude de 1985. De nos observations a découlé l'hypothèse suivante: « Frankia alni » ACN14a peut se différencier de manière massive en hyphes toruleux dans certaines conditions. Les objectifs de cette étude étaient de : 1-mettre au point des conditions de culture induisant une différenciation cellulaire massive en hyphes toruleux, 2-caractériser la morphologie d'hyphes toruleux chez la souche ACN14a et 3-identifier, par analyse transcriptomique, les gènes impliqués dans la morphogénèse des hyphes réguliers en hyphes toruleux. Une condition définie et reproductible, induisant une différenciation cellulaire en hyphes toruleux, a été trouvée après criblage de divers constituants du milieu de culture, en microplaque 96 puits. Une augmentation de la concentration en KH2P04, couplée à une diminution du pH, a provoqué une diminution de la respiration cellulaire totale, une augmentation de la mort cellulaire et une différenciation cellulaire massive des hyphes réguliers en hyphes toruleux. Les hyphes toruleux ont été caractérisés en employant diverses techniques de microscopie (MET, MEB, optique) : ce sont des structures qui consistent en des hyphes élargis, ayant des membranes et parois cellulaires plus épaisses que les hyphes réguliers et qui comportent de nombreux septa transversaux. Les hyphes toruleux ont un métabolisme actif et contiennent de l 'ADN. De plus, un essai gnotobiotique en hydroponie a révélé la capacité symbiotique de ces structures avec l'aulne. L'étude transcriptomique a aussi permis d'identifier des gènes possiblement impliqués dans ce processus de différenciation cellulaire. Les résultats obtenus lors de cette étude suggèrent que cette structure est importante dans le cycle de vie « Frankia alni » ACN14a: Vu la nature filamenteuse des hyphes de « Frankia », cette morphologie qui présente d'abondante septation pourrait s'avérer utile pour de nombreuses applications, notamment l'obtention de culture pure, qui est pratiquement impossible à réaliser actuellement et la sélection de transformant, important obstacle à l'optimisation de techniques de transformation bactérienne chez « Frankia ».