Thèse Role de la Signalisation Calcium dans l'Integration de Signaux de l'Environnement et son Impact sur l'Immunite des Plantes. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : LRSV - Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales Direction de la thèse : Didier ALDON ORCID 000000021310172X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Ce projet de thèse vise à élucider les mécanismes de signalisation et de régulation permettant aux plantes de moduler leur croissance et adapter leur développement à des perturbations de leur environnement abiotique mais également aux attaques d'organismes pathogènes. La signalisation calcique constitue un mécanisme fondamental d'intégration des signaux environnementaux et endogènes, permettant aux cellules végétales d'adapter rapidement leur réponse à divers stimuli (Cheval et al., 2013 ; Aldon et al., 2018 ; Carpentier et al., 2022 ; Galaud et al., 2024). Une augmentation rapide de la concentration intracellulaire de calcium permet aux cellules végétales de déclencher des réponses immédiates à des variations de température, les attaques de pathogènes ou les signaux hormonaux. Cependant, la perception et la transduction de ces signaux calciques en réponses cellulaires adaptées restent mal comprises.
La calmoduline (CaM) est une protéine ubiquitaire et hautement conservée, jouant un rôle central dans la signalisation calcique au sein des cellules eucaryotes. En tant que senseur de calcium, la CaM décode les variations de concentration de cet ion, traduisant ces signaux en réponses cellulaires adaptées. Cette fonction universelle est complétée, chez les plantes, par un répertoire élargi de protéines apparentées, les protéines de type calmoduline (CMLs pour Calmodulin-Like)). Ces CMLs, tout en partageant des similitudes structurelles et fonctionnelles avec la CaM, présentent une diversité qui suggère des rôles spécialisés (Zhu et al., 2015). Ainsi, on suppose qu'elles participent au contrôle d'étapes de développement et de réponses aux stress environnementaux spécifiques au règne végétal. L'étude de ce réseau complexe de senseurs calciques est donc cruciale pour comprendre l'adaptabilité remarquable des plantes face à leur environnement. Ainsi, chez Arabidopsis thaliana, CML8 a été identifié comme un régulateur de la croissance (Lucchin et al., 2025) et de la défense contre des microorganismes pathogènes (Mazard et al., 2021). Néanmoins, les mécanismes précis par lesquels CML8 orchestre les réponses aux stress abiotiques et biotiques, qu'ils soient perçus indépendamment ou simultanément, demeurent largement inconnus. Ce projet de thèse s'attachera à combler cette lacune, en identifiant (i) les voies de signalisation aval impliquant CML8 et (ii) en précisant l'importance de ce type d'acteurs dans la physiologie d'une bryophyte (M. polymorpha).
- L'étudiant-e en thèse bénéficiera d'un environnement scientifique riche avec la présence dans l'équipe SPICE de 2 ECs (UT) et 5 chercheurs/ses (CNRS/ INRAe) permanents ainsi que de 3 personnels (AI/IE) de soutien technique à l'équipe. Au démarrage du projet, des réunions hebdomadaires serviront au suivi de l'avancée des travaux et à organiser le suivi technique et /ou les formations nécessaires à la réalisation des expériences. En fonction de l'avancée du projet et des besoins, cette fréquence pourra être modulée.
- L'étudiant-e de thèse assistera et participera également de façon active aux réunions hebdomadaires de l'équipe où chacun est amené à exposer ses travaux, ses résultats ou les difficultés rencontrées. Les étudiants de thèse assistent également aux séminaires hebdomadaires communs des laboratoires LRSV et LIPME lors desquels ils sont amenés à présenter de façon plus formelle leurs travaux (2 à 3 fois sur la durée de la thèse).
Ce projet de thèse vise à décrypter les mécanismes par lesquels les plantes adaptent leur immunité dans un environnement fluctuant (température, vent [i.e. stress mécanique]), en se focalisant sur le rôle central de la signalisation calcique et des CMLs.
Les objectifs spécifiques sont les suivants :
- Caractériser la dynamique des flux calciques en temps réel en réponse à divers pathogènes (Sclerotinia, Phytophthora, Botrytis) en conditions standards ou en faisant varier des facteurs environnementaux (température et +/- stress mécaniques), appliqués individuellement ou en combinaisons. Bien que réaliser en conditions contrôlées de laboratoires, ces expériences visent à évaluer l'influence de stress d'intensité modérée très proche de conditions physiologiques sur la génération de « signatures calciques ».
- Élucider la fonction de CMLs (dont CML8 chez A. thaliana) dans l'intégration des signaux calciques et son impact sur l'immunité végétale dans un contexte environnemental changeant.
- Utiliser le modèle M. polymorpha pour évaluer la contribution de CMLs à la physiologie de cette bryophyte dans différents contextes.
Les résultats attendus permettront de :
- Identifier les signatures calciques spécifiques associées aux différents stress étudiés et observer l'effet d'un environnement fluctuant sur leur génération.
- Valider le rôle fonctionnel de CML8 dans l'intégration des signaux environnementaux et sa contribution à l'immunité.
- Déterminer les effets synergiques ou antagonistes des stress combinés sur la réponse immunitaire des plantes.
- Grace au modèle Marchantia apporter de nouvelles information sur (i) la contribution de senseurs de la famille des CMLs dans la physiologie des plantes et (ii) sur la conservation des mécanismes régulés dans la lignée verte.
À long terme, ce projet ambitionne de :
- Identifier des marqueurs moléculaires (CML, gènes de signalisation calcique) pour la sélection de variétés de plantes résistantes aux stress.
- Ouvrir la voie à l'exploitation des voies de signalisation médiées par des CMLs pour l'amélioration des plantes.
- Mesure de la dynamique du calcium en temps réel
L'équipe dispose de lignées transgéniques d'A. thaliana et de M. polymorpha exprimant des sondes calciques rapportrices (R-GECO et Aequorine). Les analyses par luminométrie utilisant l'Aequorine permettent une quantification globale des variations calciques dans les cellules. Les lignées R-GECO, quant à elles, offrent une résolution spatiale fine au niveau cellulaire grâce à la microscopie confocale (Plateforme d'Imagerie, FR AIB).
En 2024, une collaboration avec le LAAS-CNRS (Toulouse) a permis le développement d'un système innovant basé sur la technologie Peltier. Ce dispositif permet d'appliquer des changements de température rapides et précis à des échantillons biologiques, et d'observer en temps réel les variations de calcium par microscopie confocale. Il rend possible l'étude des réponses calciques à des stress thermiques, appliqués seuls ou en combinaison avec des stress biotiques (pathogènes). L'étude des réponses calciques à des contraintes mécaniques sera réalisée en collaboration avec l'équipe QIP du LIPME (A. Barbacci et S. Raffaele), qui a développé un dispositif expérimental dédié (Léger et al., 2022).

- Contribution de CML8 dans l'immunité des plantes en fonction des conditions de l'environnement
Ce projet de thèse repose sur une approche de génétique inverse, permettant une analyse approfondie des mécanismes de signalisation impliquant les CMLs. L'équipe d'accueil dispose d'un ensemble d'outils génétiques chez Arabidopsis thaliana : lignées KO pour CML8 et d'autres CMLs, lignées KO cml8 complémentées et lignées surexprimant CML8 sous contrôle d'un promoteur constitutif.
L'analyse phénotypique de ces lignées portera sur leur sensibilité/tolérance à divers agents pathogènes épiphytes ou telluriques dans des conditions standards et sous environnements fluctuants (température ou stress mécanique). Les approches d'évaluation incluront des analyses qualitatives (symptômes) et quantitatives (croissance IGC, qPCR), en collaboration avec des équipes expertes du LRSV, du LIPME et de l'entreprise De Sangosse.
En raison de potentielles redondances fonctionnelles entre CMLs chez l'arabette, le projet intégrera également l'étude de Marchantia polymorpha, modèle présentant un répertoire de CMLs réduit et permettant une génération rapide de lignées KO/ ou de sur-expression et un phénotypage in vitro. L'équipe et le LRSV disposent d'une expertise reconnue sur ce modèle, avec des outils et des données disponibles (lignées rapportrices de calcium, lignées KO qui peuvent être générées par CRISPR/Cas9, données RNAseq, ...).

En résumé, le projet s'appuiera sur :

- du phénotypage (test de sensibilité et de tolérance a divers micro-organismes et quantification des pathogènes in planta, IGC ou QPCR)
- des approches moléculaires pour l'analyse de l'expression de gènes (Rt-qPCR, analyse de lignées promoteur:: gène rapporteur), clonage, séquençage,
- des approches de biologie cellulaire, de biochimie (observation en microscopie, quantification de signaux, analyse des variations de calcium en temps réel)

Pour ce projet, le candidat doit posséder des compétences en physiologie des plantes, biologie
moléculaire, biologie cellulaire, génétique et en biochimie.