Purification des polysomes à partir de nodules symbiotiques de soja

Les légumineuses, comme le soja (Glycine max), peuvent établir une symbiose avec des bactéries spécifiques du sol appelées rhizobiums. Cette relation mutualiste provoque la formation de nouveaux organes, les nodules symbiotiques, sur les racines des plantes. Les nodules sont les organes végétaux hébergeant la bactérie et sont constitués de cellules hôtes dont le cytoplasme est colonisé par une forme spécialisée de rhizobiums appelée bactéroïdes. Ces bactéroïdes catalysent la réduction de l’azote atmosphérique (_N2) en ammoniac, qui est transféré à la plante en échange de glucides ^1,2.

Bien que cette symbiose fixatrice d’azote soit l’une des symbioses plantes-microbes les mieux étudiées, de nombreux aspects restent à mieux comprendre, tels que la façon dont les plantes soumises à différentes conditions de stress abiotique modulent leur interaction avec leur partenaire symbiotique et comment cela affecte le métabolisme des nodules. Ces processus pourraient être mieux compris en analysant le translatome nodule (c’est-à-dire le sous-ensemble d’ARN messagers [ARNm] activement traduit). Les polyribosomes ou polysomes sont des complexes de ribosomes multiples associés à l’ARNm, couramment utilisés pour étudier la traduction³. La méthode de profilage des polysomes consiste en l’analyse des ARNm associés aux polysomes et a été utilisée avec succès pour étudier les mécanismes posttranscriptionnels contrôlant l’expression des gènes qui se produisent dans divers processus biologiques ^4,5.

Historiquement, l’analyse de l’expression du génome s’est principalement concentrée sur la détermination de l’abondance de l’ARNm 6,7,8,9. Cependant, il y a un manque de corrélation entre les niveaux de transcrits et de protéines en raison des différentes étapes de la régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique, en particulier la traduction^10,11,12. De plus, aucune dépendance n’a été observée entre les changements au niveau du transcriptome et ceux qui se produisent au niveau du translatome¹³. L’analyse directe de l’ensemble des ARNm en cours de traduction permet une mesure plus précise et complète de l’expression génique cellulaire (dont le critère d’évaluation est l’abondance des protéines) que celle obtenue lorsque seuls les niveaux d’ARNm sont analysés^14,15,16.

Ce protocole décrit comment les polysomes d’origine végétale sont purifiés à partir de nodules de soja intacts par centrifugation différentielle à travers un coussin de saccharose à deux couches (Figure 1). Cependant, comme les ribosomes dérivés de bactéroïdes sont également présents dans les nodules, un mélange d’espèces de ribosomes et d’ARN est purifié, même si les eucaryotes représentent la fraction principale (90%-95%). L’isolement, la quantification et le contrôle de la qualité de l’ARN qui s’ensuivent sont également décrits (figure 1). Ce protocole, en combinaison avec RNA-seq, devrait fournir des résultats expérimentaux sur la régulation translationnelle des ARNm eucaryotes dans un tissu complexe tel que le nodule symbiotique.

Figure 1 : Aperçu schématique de la méthodologie proposée pour la purification des polysomes eucaryotes à partir de nodules symbiotiques. Le schéma donne un aperçu des étapes suivies dans le protocole depuis (1) la croissance des plantes et (2) la récolte des nodules jusqu’à (3) la préparation des extraits cytosoliques, (3) l’obtention d’échantillons TOTAL et (4) d’échantillons PAR, et (5) l’extraction de l’ARN et le contrôle de la qualité. Abréviations : PEB = tampon d’extraction de polysomes; RB = tampon de remise en suspension; TOTAL = ARN total; PAR = ARNm associé aux polysomes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.