[Thèse] Caractérisation d'une nouvelle voie de signalisation impliquée dans la défense stomatique des plantes et applications agronomiques
01/07/2014 17:09
Des travaux pionniers (Melotto et al., 2006) ont établi que différentes bactéries, lorsqu’elles sont présentes sur la surface des feuilles, induisent une diminution de la pression osmotique des cellules de garde conduisant à la fermeture de l’orifice stomatique. Cette réaction propre à la plante permet de limiter, voire d’empêcher, la pénétration de l’agent pathogène et constitue donc un mécanisme efficace de défense de la plante (réponse immune pré-invasive).
Au CEA de Cadarache (iBEB), nous avons montré qu’une classe de métabolites, les oxylipines, induit ce mécanisme de fermeture. Ces composés sont issus du fonctionnement de certaines enzymes, activées rapidement après l’inoculation des plantes, les lipoxygénases. Ainsi, les mécanismes impliqués dans ce processus sont liés à la production d’oxylipines particulières possédant un très fort caractère électrophile leur permettant de s’additionner à des protéines possédant une ou plusieurs cystéines réactives. Ces données mettent en lumière une nouvelle voie de signalisation spécifique des cellules de garde. Nos résultats montrent également que d’autres métabolites électrophiles comme certains caroténoïdes oxydés ou des isothiocyanates respectivement produits au cours de stress lumineux ou après blessure des tissus végétaux sont de puissants inducteurs de la fermeture des stomates. Ces éléments permettent donc de penser qu’en dehors des stress biotiques (interactions avec des agents pathogènes) d’autres stress environnementaux pourraient contribuer aux mêmes réponses physiologiques dans les cellules de garde et impliquer les mêmes systèmes de perception.
Le projet de thèse que nous proposons s’articule selon deux axes. Le premier visera à identifier la ou les protéines qui permettent la réception des signaux que nous avons identifiés (oxylipines, caroténoïdes oxydés ou isothiocyanantes). Le second axe sera, quant à lui, dédié à tester la possibilité d’utiliser les composés précités pour protéger les plantes contre des microorganismes pathogènes. Deux plantes modèles seront étudiées Arabidopsis et la tomate. Ce deuxième axe nous permet d’envisager, à terme, des débouchés agronomiques conduisant au développement d’une nouvelle génération de molécules à activité phytosanitaire pour la protection des cultures. Par une action ciblée sur la réponse immune pré-invasive de la plante, il serait possible de limiter voire de bloquer la progression de la maladie sans toucher directement l’agent pathogène évitant ainsi à celui-ci de développer des résistances au traitement.
Ces perspectives intéressent notre partenaire industriel qui a choisi de porter avec nous ce projet de thèse.
Le travail de thèse sera réalisé à l’institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie (iBEB) dans le Laboratoire d'Ecophysiologie Moléculaire des Plantes (LEMP). Cette unité fait partie des huit instituts de recherche de la Direction des Sciences du Vivant du CEA et est implantée sur le centre de Cadarache au nord d’Aix en Provence. Le service comprend 7 laboratoires qui font partie d’une unité mixte de recherche associant le CNRS, Aix Marseille Université et le CEA (UMR 7265). Une des équipes est implantée sur le campus universitaire de Luminy (AMU).
Le LEMP est spécialisé dans l’étude des réponses adaptatives des plantes supérieures aux contraintes environnementales de différentes natures (biologiques et physiques). L’expertise du laboratoire est notamment centrée sur les l’impact des stress lumineux sur les processus photosynthétiques ainsi que sur les mécanismes moléculaires qui contribuent à leur protection. Depuis quelques années, le laboratoire étudie l’impact des bactéries phytopathogènes sur le fonctionnement des stomates chez la plante modèle Arabidopsis et c’est dans ce cadre spécifique que s’inscrit le projet de thèse proposé.
Six chercheurs, un ingénieur de recherches, quatre techniciens, quatre doctorants et différents stagiaires constituent cette équipe aux compétences variées et complémentaires (physiologie, biologie moléculaire, biochimie, chimie et mesures physiques). Le LEMP dispose de nombreux équipements et infrastructures lui permettant de réaliser des expérimentations dans des conditions exceptionnelles. Les compétences de l’équipe sont reconnues internationalement et les plus récentes publications mentionnées ci-dessous témoignent de la qualité de ce travail.
Le LEMP est spécialisé dans l’étude des réponses adaptatives des plantes supérieures aux contraintes environnementales de différentes natures (biologiques et physiques). L’expertise du laboratoire est notamment centrée sur les l’impact des stress lumineux sur les processus photosynthétiques ainsi que sur les mécanismes moléculaires qui contribuent à leur protection. Depuis quelques années, le laboratoire étudie l’impact des bactéries phytopathogènes sur le fonctionnement des stomates chez la plante modèle Arabidopsis et c’est dans ce cadre spécifique que s’inscrit le projet de thèse proposé.
Six chercheurs, un ingénieur de recherches, quatre techniciens, quatre doctorants et différents stagiaires constituent cette équipe aux compétences variées et complémentaires (physiologie, biologie moléculaire, biochimie, chimie et mesures physiques). Le LEMP dispose de nombreux équipements et infrastructures lui permettant de réaliser des expérimentations dans des conditions exceptionnelles. Les compétences de l’équipe sont reconnues internationalement et les plus récentes publications mentionnées ci-dessous témoignent de la qualité de ce travail.
Description du sujet de thèse
A la surface des feuilles des végétaux supérieurs, les cellules de garde délimitent un orifice stomatique qui permet les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère. Cette fonction permet le maintien de l'équilibre hydrique et l'optimisation de la fixation photosynthétique de CO2. En fonction des conditions environnementales (cycle jour/nuit, sècheresse, présence d'agents pathogènes) la plante adapte rapidement l'ouverture stomatique de façon à empêcher des pertes d'eau excessives, favoriser pendant le jour l'entrée du CO2 pour la photosynthèse ou encore éviter la pénétration d'agents pathogènes. Notre laboratoire vient d'identifier chez la plante Arabidopsis thaliana les signaux moléculaires qui déclenchent la fermeture des stomates en réponse à la présence de bactéries pathogènes ou suite à l’application de stress abiotiques comme la blessure ou le stress lumineux. L’identification de ces signaux moléculaires (Montillet et al., 2013; Montillet & Hirt, 2013) a permis d’acquérir une meilleure compréhension de l’immunité chez les plantes ou des mécanismes dédiés à leur adaptation à des variations extrêmes de leur environnement physique.Des travaux pionniers (Melotto et al., 2006) ont établi que différentes bactéries, lorsqu’elles sont présentes sur la surface des feuilles, induisent une diminution de la pression osmotique des cellules de garde conduisant à la fermeture de l’orifice stomatique. Cette réaction propre à la plante permet de limiter, voire d’empêcher, la pénétration de l’agent pathogène et constitue donc un mécanisme efficace de défense de la plante (réponse immune pré-invasive).
Au CEA de Cadarache (iBEB), nous avons montré qu’une classe de métabolites, les oxylipines, induit ce mécanisme de fermeture. Ces composés sont issus du fonctionnement de certaines enzymes, activées rapidement après l’inoculation des plantes, les lipoxygénases. Ainsi, les mécanismes impliqués dans ce processus sont liés à la production d’oxylipines particulières possédant un très fort caractère électrophile leur permettant de s’additionner à des protéines possédant une ou plusieurs cystéines réactives. Ces données mettent en lumière une nouvelle voie de signalisation spécifique des cellules de garde. Nos résultats montrent également que d’autres métabolites électrophiles comme certains caroténoïdes oxydés ou des isothiocyanates respectivement produits au cours de stress lumineux ou après blessure des tissus végétaux sont de puissants inducteurs de la fermeture des stomates. Ces éléments permettent donc de penser qu’en dehors des stress biotiques (interactions avec des agents pathogènes) d’autres stress environnementaux pourraient contribuer aux mêmes réponses physiologiques dans les cellules de garde et impliquer les mêmes systèmes de perception.
Le projet de thèse que nous proposons s’articule selon deux axes. Le premier visera à identifier la ou les protéines qui permettent la réception des signaux que nous avons identifiés (oxylipines, caroténoïdes oxydés ou isothiocyanantes). Le second axe sera, quant à lui, dédié à tester la possibilité d’utiliser les composés précités pour protéger les plantes contre des microorganismes pathogènes. Deux plantes modèles seront étudiées Arabidopsis et la tomate. Ce deuxième axe nous permet d’envisager, à terme, des débouchés agronomiques conduisant au développement d’une nouvelle génération de molécules à activité phytosanitaire pour la protection des cultures. Par une action ciblée sur la réponse immune pré-invasive de la plante, il serait possible de limiter voire de bloquer la progression de la maladie sans toucher directement l’agent pathogène évitant ainsi à celui-ci de développer des résistances au traitement.
Ces perspectives intéressent notre partenaire industriel qui a choisi de porter avec nous ce projet de thèse.
Profil des candidats :
Nous recherchons un(e) BIOLOGISTE très fortement motivé(e) par la recherche. Des perspectives fondamentales et appliquées sont envisagées dans le cadre de ce projet de thèse et le (la) candidat(e) devra montrer un intérêt équivalent pour ces deux aspects de la recherche scientifique.
L’étudiant(e), quel que soit son cursus (universités ou écoles d’ingénieurs), devra posséder de solides connaissances en biochimie et biologie moléculaire ainsi qu’une très bonne culture générale en biologie et physiologie. Quelques notions en chimie organique seraient appréciées. Une spécialisation dans le domaine végétal n’est pas exigée mais pourrait faciliter le travail de l’étudiant(e).