Development of a multimodal approach to study plant-microorganisms interactions using mass spectrometry imaging, Raman imaging and non-targeted metabolomics
Développement d’une approche multimodale pour l’étude d’interactions plante-microorganismes par imagerie par spectrométrie de masse, imagerie Raman et métabolomique non-ciblée
Résumé
450 million years ago, arbuscular mycorrhizal symbiosis (AMS) occurred between plants and Glomeromycetes fungi. This facilitated the colonization of the soil by the first land plants and, from then on, played a central role in natural and agricultural ecosystems. The establishment of AMS begins with a molecular dialogue between two partners independently located in the soil. This dialogue is followed by the formation of specialized fungal structures in the roots: the arbuscules, the main sites of nutrient exchange between the two organisms. Understanding the metabolic dialogue between a plant and its mycorrhiza represents a major challenge if we want to better describe the cascade of shared symbiotic pathways involved. The multimodality offered by global metabolomics using LC-HRMS, matrix assisted laser desorptionionization (MALDI) mass spectrometry imaging and stimulated Raman microscopy makes it possible to localize metabolites on sections of the matrix studied, without the need for potentially invasive staining or labeling. These approaches are complementary for identifying, mapping and quantifying the metabolites of interest within an AMS according to the state of mycorrhization. Coupling with Raman microscopy completes and improves the field of vision of the metabolic landscape of this mutualism, at the scale of the mycorrhized cell. The first results of this original study are presented for Marchantia paleacea mycorrhized by Rhizophagus irregularis.
Il y a 450 millions d'années, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AMS) est survenue entre les plantes et les champignons Gloméromycètes. Cette étape a facilité la colonisation du sol par les premières plantes terrestres et, dès lors, a joué un rôle central dans les écosystèmes naturels et agricoles. L'établissement de l'AMS débute par un dialogue moléculaire entre deux partenaires localisés indépendamment dans le sol. Ce dialogue est suivi par la formation de structures fongiques spécialisées dans les racines : les arbuscules, principaux sites d'échange de nutriments entre les deux organismes. Accéder au dialogue métabolique entre une plante et sa mycorhize représente un enjeu important pour mieux décrire la cascade de voies symbiotiques communes impliquées. La multimodalité offerte par la métabolomique globale par LC-HRMS, l'imagerie par spectrométrie de masse par désorption-ionisation laser assistée par matrice (MALDI) et la microscopie Raman stimulée, permet d'y répondre en localisant des métabolites sur des coupes de la matrice étudiée tout en s'affranchissant de colorations ou de marquages possiblement invasifs. Ces approches sont complémentaires pour identifier, cartographier et quantifier les métabolites d'intérêts au sein d'une AMS selon l'état de mycorhization. Le couplage à la microscopie Raman permet de compléter et d'améliorer le champ de vision du paysage métabolique de ce mutualisme, à l'échelle de la cellule mycorhizée. Les premiers résultats de cette étude originale sont présentés pour Marchantia paleacea mycorhizée par Rhizophagus irregularis.
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