Rôle de la molécule signal ppGpp dans la résilience des plantes face au réchauffement climatique
Dans le contexte des défis croissants liés au changement climatique, les cultures sont menacées par l'augmentation des températures et les sécheresses prolongées, entraînant une baisse de l'efficacité photosynthétique et la nécessité d'une acclimatation rapide au stress. Dans ce projet de doctorat, nous étudierons le rôle de la voie de signalisation du nucléotide guanosine tétraphosphate (ppGpp), un régulateur reconnu de la fonction des plastes et de la photosynthèse. Des travaux préliminaires récents de notre laboratoire et d'autres suggèrent que le ppGpp joue un rôle central dans l'acclimatation des plantes au stress. Nous avons des indications que la perturbation de la signalisation ppGpp affecte les réponses des plantes au stress thermique. Cette recherche vise à explorer comment le ppGpp intervient dans l'acclimatation des plantes aux stress thermique et hydrique. En utilisant une combinaison d'évaluations physiologiques, de techniques biochimiques, de transcriptomique et de biosenseurs, cette étude examinera la modulation des niveaux de ppGpp dans des conditions de stress, son impact sur l'expression du génome plastidial, et ses interactions avec d'autres voies de signalisation. L'objectif ultime est d'améliorer notre compréhension du rôle du ppGpp dans l'acclimatation des plantes, offrant des perspectives pour améliorer la résilience des cultures dans un monde confronté au changement climatique.
Répartition des métaux dans la calcite à base de coccolithes et applications biotechnologiques des matériaux coccolithiques dopés aux métaux
Malgré les cultures établies de microalgues coccolithophores et la production à grande échelle de biominéraux de coccolithes (quantités de grammes de calcite minérale à partir de litres de culture), le coccolithe en tant que matériau fonctionnel avancé a peu progressé dans le domaine des bionanotechnologies. Ce projet décrira quantitativement le dopage métallique dans et à la surface de la calcite à base de coccolithes pour plusieurs métaux de transition, éléments du groupe principal et lanthanides. L'élucidation du potentiel du coccolithophore à incorporer des ions métalliques dans/à la production de calcite biogénique ne révèlera pas seulement les possibilités biotechnologiques des matériaux coccolithiques, mais offrira également un aperçu du rôle des métaux dans le processus de biominéralisation et l'effet de criblage biologique. Les matériaux coccolithiques dopés aux métaux feront l'objet d'une caractérisation physique et chimique (l'accent étant mis sur les métaux stratégiques dont l'incorporation dans la calcite biogène a été améliorée ou qui peuvent être remplacés/déposés à la surface des coccoltihs). Les candidats coccolithes dopés aux métaux seront sélectionnés en vue d'une application biotechnologique sur la base de leurs propriétés physiques et optiques (par exemple, activité catalytique pour les métaux de transition et photoluminescence pour les lanthanides).
RootExu-C : Controle genetique de l'exsudation racinaire et de l'assemblage du microbiote
Les programmes d'amélioration variétale en cours ont sélectionnés des variétés de cultures à haut rendement dans des conditions favorables : approvisionnement adéquat en eau (irrigation) et niveaux élevés d'engrais chimiques (N, P). Cependant, l'augmentation des contraintes abiotiques (sécheresse, salinité, températures élevées), ainsi que les préoccupations écologiques, exigent des nouveaux traits pour passer à des systèmes de production plus durables. Une approche pourrait consister en un meilleur contrôle et une exploitation du microbiote racinaire. Ces microbes ont le potentiel de protéger leurs plantes hôtes contre les contraintes abiotiques et biotiques, et d'améliorer la nutrition et la productivité. On suppose que le système immunitaire des plantes et les exsudats racinaires échelonnent et structurent le microbiote racinaire, mais les mécanismes exacts restent inconnus. Dans ce projet, je propose d'analyser le "sol adhérant aux racines" (RAS), le sol agrégé autour des racines, comme un indicateur global de l'allocation du carbone de la partie aérienne aux racines, de l'exsudation racinaire et du recrutement de bactéries produisant des exopolysaccharides. Utilisant le model genetique Solanum lycopersicum (tomate), un doctorant respectif analysera le trait RAS dans un panel de variations naturelles vers le but d'identifier les gènes sous-jacents. De plus, il/elle inactivera directement des gènes candidats supposément impliqués dans l'exsudation racinaire (multiplex CRISPR/Cas). Les lignées présentant des phénotypes RAS contrastés, issus de variations naturelles et/ou induites, seront analysées pour le recrutement du microbiote et la composition des exsudats. Cela fournira des connaissances fondamentales sur le contrôle génétique de l'exsudation racinaire et l'assemblage du microbiome. Le RAS peut représenter un trait précieux pour l'adaptation et la performance des plantes dans des conditions de moindre apport, et peut également faciliter un stockage amélioré du carbone dans les sols agricoles.
[Translated from English with assistance from ChatGPT]
Caractérisation moléculaire et physiologique des voies de biosynthèse des sucres chez les macroalgues brunes
L’objectif de ce projet de thèse est de caractériser au niveau moléculaire et physiologique les voies de biosynthèse des sucres chez les macroalgues brunes. Ces dernières produisent deux principaux types de sucres de stockage, le mannitol (sucre simple) et la laminarine (polymère constitué majoritairement d’unités glucose avec occurrence optionnelle de quelques unités mannitol). Ces voies de biosynthèse étant très mal connues, ce projet de thèse a pour objectif principal d’identifier et caractériser les enzymes responsables des activités catalytiques de ces deux voies de biosynthèse interconnectées chez la macroalgue brune Ectocarpus. Des approches originales de biologie moléculaire et cellulaire, incluant l’édition de génome, permettront de générer du matériel biologique indispensable à la caractérisation de ces voies de biosynthèse et à leur rôle sur la physiologie des macroalgues brunes.
Matériaux nano et microstructurés à base de biominéraux: assemblage contrôlé et orienté de coccoliths
Les coccolithes des algues coccolithophoridés sont des microparticules anisotropes de calcite (CaCO3) de morphologie inhabituelle qui sont arrangées en structures 3D complexes. Leurs caractéristiques uniques, que ce soit à l'échelle microscopique ou nanométrique, rendent les coccolithes attrayants pour diverses applications, gamme appelée à s’étendre par leur modification et leur fonctionnalisation (bio)chimiques ainsi que par la capacité à les organiser en 2 et 3D. Cependant, les protocoles expérimentaux permettant ces réalisations n’existent pas encore.
L'objectif de ce projet est donc de développer des méthodes de fonctionnalisation régiosélective de coccolithes et leur assemblage en réseau. La fonctionnalisation régiosélective de la zone marginale et de la zone centrale des coccolithes sera réalisée par l’exploitation des différences locales de composition de la matrice organique insoluble des coccolithes. L'existence de telles différences locales dans la composition des biomacromolécules au sein de cette matrice n'a été démontrée que très récemment. En particulier, nous introduirons de manière régiosélective des (poly-)peptides pouvant servir de « point d'ancrage » pour modifier in vitro la matrice organique insoluble des coccolithes par génie génétique. Ces coccolithes modifié par ingénierie génétique constitueront la base de la construction de réseaux de coccolithes uniformément orientés. Trois approches pour l'assemblage de tels réseaux seront testées. Les propriétés structurales et physico-chimiques de ces matériaux hybrides à base de coccolithes seront déterminées par un ensemble de techniques analytiques.
Ce projet interdisciplinaire bénéficiera de l'expertise complémentaire de groupes de recherche français et allemands. À long terme, nous visons la mise au point d'un pool de méthodes pour doter les coccolithes des propriétés souhaitées, afin d'étendre l'utilisation de ces structures biominérales dans les applications nanotechnologiques.