Thèse Explorer l'Évolution des Réseaux Géniques d'Immunité Végétale Face à Différents Pathogènes des Plantes à Fleurs à la Bryophyte Modèle Marchantia Polymorpha 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 : Maxime BONHOMME ORCID 0000000212104777 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Ce projet de doctorat vise à étudier comment les réseaux de régulation génique de l'immunité ont évolué chez les plantes terrestres, depuis les plantes à fleurs jusqu'au bryophyte modèle Marchantia polymorpha. L'immunité des plantes est confrontée à un paradoxe évolutif majeur : elle doit rester robuste face à des pathogènes en évolution rapide tout en conservant la capacité de s'adapter à une grande diversité de pathogènes avec des stratégies d'infection diverses. Bien que des découvertes majeures issues d'Arabidopsis thaliana aient façonné le domaine, les connaissances actuelles restent fortement centrées sur les angiospermes et sur les gènes analysés individuellement. Des preuves croissantes suggèrent que la robustesse et l'évolutivité de l'immunité pourraient plutôt émerger de l'architecture des réseaux de régulation génique de l'immunité (iGRN).
Ce projet teste l'hypothèse selon laquelle la robustesse et l'adaptabilité de l'immunité des plantes résultent de contraintes architecturales combinant des modules de gènes centraux conservés assurant la stabilité et des modules de gènes périphériques (ou accessoires) flexibles permettant l'adaptation. La thèse reconstruira et comparera les réseaux de régulation immunitaire à travers de vastes échelles de temps évolutif grâce à la transcriptomique comparative, l'inférence de réseaux et la validation fonctionnelle.
La thèse est structurée en trois axes de recherche complémentaires :
La première partie du projet caractérisera la diversité des réponses immunitaires chez Marchantia polymorpha à l'aide de transcriptomique multi-génotype et multi-pathogène. Ce travail identifiera les gènes et modules transcriptomiques immunitaires conservés versus accessoires, et établira la première cartographie de la diversité intra-spécifique des réponses immunitaires chez une bryophyte.
La deuxième partie reconstruira et comparera les iGRN entre différentes lignées végétales divergentes (M. polymorpha, A. thaliana) à l'aide d'analyses (i) de co-expression génique, (ii) des éléments non codants cis-régulateurs et (iii) des relations d'orthologie des gènes par la génomique comparative. Cela permettra d'identifier des motifs de réseaux conservés, des événements de remaniement évolutif et le rôle des éléments cis-régulateurs sur 450 millions d'années d'évolution.
La dernière partie testera expérimentalement le rôle causal de gènes régulateurs clés et d'éléments cis-régulateurs conservés à l'aide de CRISPR/Cas9, de la transformation des plantes et de RNA-seq chez des mutants de M. polymorpha et d'A. thaliana.
Ensemble, ces trois axes visent à révéler les principes évolutifs qui génèrent la robustesse et l'évolutivité du système immunitaire des plantes.
Les pathogènes comptent parmi les forces les plus puissantes façonnant l'évolution du vivant. Chez les plantes, le système immunitaire trouve son origine il y a plus de 450 millions d'années à partir de composantes moléculaires déjà présentes chez les algues streptophytes, qui se sont ensuite diversifiées dans toutes les lignées de plantes terrestres.
Pour assurer une protection efficace, l'immunité des plantes doit simultanément satisfaire deux contraintes opposées : la robustesse face à l'évolution des pathogènes, combinée à la polyvalence de la défense contre des pathogènes divers, et l'évolutivité, permettant l'adaptation à des pressions biotiques et abiotiques en rapide évolution.
Malgré des décennies de découvertes moléculaires, nous ne comprenons toujours pas ce paradoxe évolutif central : comment le système immunitaire des plantes peut-il rester à la fois robuste et évolutif sur des centaines de millions d'années ? Les connaissances actuelles, largement issues d'Arabidopsis thaliana, ne peuvent expliquer comment ces propriétés coexistent au sein d'une même architecture génétique. Une perspective plus approfondie, à l'échelle des réseaux de régulation génique de l'immunité (iGRN) est nécessaire pour identifier les principes d'organisation et les contraintes évolutives qui gouvernent l'immunité des plantes.
La bryophyte Marchantia polymorpha, modèle émergent de plante non vasculaire, offre une opportunité unique de combler cette lacune : sa distance évolutive avec les angiospermes (~450 millions d'années), la complexité réduite de son génome et ses interactions naturelles avec des pathogènes en font un système idéal pour reconstruire les architectures régulatrices immunitaires ancestrales en les comparant à celles des angiospermes.
Ce projet se situe à l'interface de l'immunité végétale, de la génomique évolutive, de la biologie des systèmes et de l'inférence de réseaux de régulation génique. En passant d'une perspective centrée sur les gènes à une approche centrée sur les réseaux, il vise à révéler les principes évolutifs qui façonnent les réponses immunitaires chez les plantes terrestres. Le projet de thèse a trois objectifs principaux :
1. Identifier les modules transcriptomiques conservés et périphériques impliqués dans les réponses immunitaires des bryophytes.
2. Reconstruire et comparer les réseaux de régulation génique de l'immunité entre des lignées végétales profondément divergentes.
3. Valider expérimentalement le rôle causal de gènes régulateurs clés et d'éléments cis-régulateurs dans l'immunité des plantes.
Le projet combine transcriptomique comparative, inférence de réseaux, phylogénomique et génomique fonctionnelle à travers trois axes méthodologiques.
1. Diversité des réponses immunitaires chez les bryophytes : des expériences de RNA-seq en cinétique temporelle seront menées chez Marchantia polymorpha en utilisant des pathogènes aux stratégies d'infection contrastées (le champignon nécrotrophe Sclerotinia sclerotiorum, le champignon hémibiotrophe Colletotrichum nymphaeae, l'oomycète Aphanomyces euteiches). Des données RNA-seq sont déjà disponibles dans l'équipe pour ces trois pathosystèmes chez un génotype sensible et un génotype résistant de M. polymorpha. Nous génèrerons des données provenant de deux génotypes supplémentaires (un résistant, un sensible) afin de couvrir une diversité de réponses immunitaires moléculaires. Des analyses préliminaires sur le génotype unique Tak-1 ont identifié plusieurs dizaines de gènes systématiquement surexprimés lors de l'infection par ces pathogènes. Le pipeline RNA-seq (nf-core, analyses d'expression génique différentielle), combiné à une comparaison entre génotypes à l'aide d'orthogroupes, permettra d'identifier les gènes immunitaires conservés et accessoires.

2. Inférence et évolution des réseaux de régulation génique de l'immunité :
Sur la base d'analyses de co-expression, les iGRN seront reconstruits chez Marchantia polymorpha à partir des données de la première partie, ainsi qu'à partir de jeux de données transcriptomiques publics pour Arabidopsis thaliana. En particulier, les jeux de données issus des pathosystèmes Arabidopsis thaliana - Sclerotinia sclerotiorum (données publiques) et Pteris vittata - Sclerotinia sclerotiorum (données hébergées par l'équipe) seront utilisés pour les comparaisons interspécifiques. La détection d'éléments cis-régulateurs sera réalisée (i) au sein de modules géniques associés à la résistance aux pathogènes dans chaque espèce indépendamment, et (ii) dans des modules contenant des gènes orthologues entre M. polymorpha et A. thaliana (et accessoirement Pteris vittata). Les éléments cis-régulateurs identifiés seront comparés à des bases de données publiques afin d'identifier de potentielles familles de facteurs de transcription capables de s'y lier.
L'ensemble de ces analyses permettra d'identifier des motifs de réseaux conservés, des événements de remaniement évolutif et le rôle des éléments cis-régulateurs.

3. Validation fonctionnelle des composants régulateurs centraux :
Jusqu'à cinq gènes régulateurs centraux candidats et éléments cis seront validés fonctionnellement à l'aide de la plateforme de transformation CRISPR/Cas9 à haut débit disponible dans l'équipe d'accueil. Si possible, des expériences de RNA-seq seront réalisées sur des mutants présentant des phénotypes immunitaires chez Marchantia polymorpha.

Nous recherchons un candidat possédant de solides connaissances en bio-informatique et un intérêt marqué pour la biologie moléculaire.
Compétences en bio-informatique : Python, R, Bash, SLURM, analyses transcriptomiques, analyses de co-expression, inférence de réseaux de régulation génique, reconstruction et analyses d'orthogroupes, reconstruction phylogénétique.
Compétences en biologie fonctionnelle : bases de la biologie moléculaire et de la manipulation végétale
Autres compétences :
Anglais (niveau B2), l'équipe étant internationale
Curiosité scientifique, Ouverture à la collaboration et au travail d'équipe