Thèse un Rôle Inexploré des Gènes de la Signalisation Symbiotique dans l'Homéostasie du Nitrate chez les Légumineuses H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : LIPME - Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement Direction de la thèse : Sandra BENSMIHEN ORCID 0000000313517220 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 La symbiose fixatrice d'azote entre les plantes légumineuses et des bactéries symbiotiques du sol est un atout majeur pour réduire les intrants azotés dans une agriculture durable. Cependant, cette symbiose est coûteuse en énergie pour la plante et celle-ci en réprime l'établissement en présence d'azote minéral dans le sol. L'idée majeure et nouvelle de ce projet de thèse est que les légumineuses possèdent une régulation particulière du statut nutritionnel azoté de la plante, active dans des tissus profonds de la racine en absence de la perception des bactéries symbiotiques. Cette régulation serait assurée par certains gènes de la signalisation symbiotique précoce et assurerait aux légumineuses une perception différente de l'azote minéral du sol, en lien avec leur capacité symbiotique. Mettre en évidence cette régulation et sa conservation au sein de plusieurs légumineuses permettrait d'optimiser la symbiose fixatrice d'azote en prenant en compte des régulations non décrites à ce jour. La symbiose fixatrice d'azote entre les plantes de la famille des légumineuses (pois, soja, lentilles..) et des bactéries symbiotiques du sol (Rhizobia) est un atout majeur pour réduire les intrants azotés dans une agriculture durable. En effet, les rhizobia sont capables de transformer l'azote de l'air en une forme d'azote assimilable par la plante et donc de l'affranchir quasi totalement de l'apport en azote minéral dans le sol. Cependant, jusqu'à 20% des produits de la photosynthèse sont utilisés par la plante pour « nourrir » la bactérie et, en présence d'azote minéral (comme le nitrate) dans le sol, la légumineuse réprime l'établissement de cette symbiose. La manière dont la plante régule la mise en place de cette symbiose a été beaucoup étudiée en réponse aux signaux bactériens produits ou lorsque la bactérie est présente et perçue à la surface de la racine (Gautrat et al., 2021). L'hypothèse majeure de ce projet est que les légumineuses possèdent, bien avant la perception des bactéries ou signaux symbiotiques, une régulation particulière du statut nutritionnel azoté de la plante, dans des tissus profonds de la racine (appelée cortex). Cette régulation serait assurée par les gènes même de la signalisation symbiotique, qui possèderaient un rôle différent de celui assuré lors de la symbiose. Les légumineuses auraient donc une perception différente de l'azote minéral (nitrate) du sol, liée étroitement à leur capacité symbiotique.
L'équipe d'accueil a décrit depuis longtemps que le gène principal impliqué dans la perception des signaux symbiotiques et la mise en place du programme symbiotique (appelé NFP chez la légumineuse modèle Medicago truncatula) est exprimé, en dehors de toute interaction symbiotique, dans des tissus profonds de la racine (appelé cortex) qui ne sont pas en contact avec les signaux bactériens. De même, nous avons démontré que seule l'expression de NFP à la surface de la racine est requise pour la mise en place du programme symbiotique (Rival et al., 2012). Ceci pose question sur le rôle cortical de ce gène et les signaux qu'il pourrait percevoir, en contexte « non symbiotique » notamment. Des données plus récentes acquises par une technologie de transcriptomique « noyau unique », permettant d'avoir une résolution tissulaire de la réponse racinaire, ont mis en évidence une dérégulation de gènes associés à la perception/ signalisation du nitrate dans le cortex de racines du mutant nfp en absence de traitement symbiotique. Ceci suggère un rôle « présymbiotique », original et non décrit jusqu'à présent, des gènes de signalisation symbiotique dans la perception du statut azoté et le contrôle de l'homéostasie du nitrate chez les légumineuses. Nous avons récemment mis en évidence un effet original des gènes de signalisation symbiotique, et notamment de la perception des signaux symbiotiques bactériens, dans le contrôle de l'homéostasie du nitrate chez les légumineuses. L'objectif de cette thèse est de démontrer que cette régulation est conservée chez plusieurs espèces de légumineuses et d'en démontrer les mécanismes moléculaires impliqués. Ce projet s'articule sur 3 grands axes :

WP1. Consolider les données sur les gènes de la signalisation racinaire chez M. truncatula (6 mois)
Nous avons obtenu durant le stage de M2 de M. Giry des données préliminaires de phénotypage racinaire et de marqueurs moléculaires sur deux allèles indépendants du mutant de perception des signaux symbiotiques, MtNFP (Nod Factor Perception, (Ben Amor et al., 2003 ; Arrighi et al., 2006)). Nous voulons, dans un premier temps, consolider cette hypothèse en utilisant d'autres allèles du mutant nfp (KO dans différents fonds génétiques ou avec des mutations ponctuelles affectant seulement partiellement sa capacité symbiotique) disponibles dans l'équipe.
Nous étendrons également cette analyse à d'autres gènes de la signalisation symbiotique possiblement liés à la perception symbiotique du nitrate (comme le facteur de transcription NIN (Marsh et al., 2007)). Pour cela, un phénotypage racinaire assez simple de modification de l'architecture racinaire de ces mutants sur des milieux synthétiques de concentration croissante en nitrate (0, 5 et 10mM) sera effectué. Ce type de test a déjà permis de montrer une sensibilité différente au nitrate de deux allèles de Mtnfp.
Nous disposons également d'un mutant de M. truncatula dans la perception/ transport du nitrate (Xiao et al., 2021) qui est, dans nos données préliminaires, le gène le plus fortement dérégulé chez Mtnfp. Nous établirons et analyserons le phénotype des doubles mutants avec Mtnfp afin de voir si la réponse modifiée au nitrate de Mtnfp dépend bien de cette voie de signalisation.

WP2. Comprendre les déterminants moléculaires de la réponse au nitrate en contexte présymbiotique chez M. truncatula (18 mois)
Nous chercherons ensuite à mieux comprendre si c'est la perception ou le transport/ accumulation du nitrate qui est perturbé chez le(s) mutant(s). Pour cela nous utiliserons des approches de transcriptomique sur deux concentrations différentes de nitrate (absence ou 10mM) pour avoir accès aux gènes marqueurs de réponse au nitrate. Nous avons déjà optimisé ces conditions pour analyser par RT-Q-PCR l'expression de gènes marqueurs décrits dans la littérature.
Nos données préliminaires ayant montré une dérégulation dans des tissus corticaux, nous utiliserons des approches de pointe de transcriptomique spatiale, déjà initiée dans l'équipe, qui nous permettra de confirmer ou infirmer la localisation tissulaire corticale originale de ces processus. En effet, aucun rôle (symbiotique ou non) de NFP n'est décrit à ce jour dans le cortex des racines et l'homéostasie du nitrate est surtout décrite dans l'épiderme et les tissus conducteurs de la racine. Ces approches nous permettront donc de découvrir des mécanismes originaux de contrôle de l'homéostasie/ signalisation dans le cortex racinaire.
Afin de quantifier l'accumulation de nitrate, des analyses élémentaires de la composition en azote (N) dans les parties racinaires et aériennes des plantes mutantes (en comparaison au contrôle) dans des conditions de carence ou non en nitrate seront réalisées en collaboration avec l'équipe de M. Prudent à Dijon qui maîtrise cette technique.

WP3. Etendre le concept aux légumineuses de manière plus large (12 mois)
Pour tester si cette régulation est conservée chez d'autres légumineuses, nous analyserons la réponse au nitrate (en terme de réponse de l'architecture racinaire, marqueurs moléculaires et de composition en N des parties aériennes) chez des mutants similaires disponibles chez le lotier (plante modèle) et chez le pois (plante d'intérêt agronomique).

Nous recherchons un/une étudiant(e) avec une expérience préalable de master, si possible en biologie végétale et des connaissances en biologie moléculaire, une bonne capacité pour le travail d'équipe et un esprit de synthèse. La maîtrise de l'anglais sera un plus.