Thèse Rôle des Protéines Tmn dans l'Homéostasie du Manganèse dans l'Appareil de Golgi et dans la Biosynthèse de la Paroi Cellulaire chez Arabidopsis Thaliana H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : IPSiM - Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
Direction de la thèse : Catherine CURIE ORCID 0000000288841175
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Le manganèse (Mn) est un oligo-élément essentiel des plantes, impliqué dans la photosynthèse, les réponses antioxydantes et la biosynthèse de la paroi cellulaire. Il agit comme cofacteur de nombreuses enzymes, notamment les glycosyltransférases de l'appareil de Golgi, qui contrôlent la synthèse des hémicelluloses, pectines et arabinogalactanes-protéines1. La régulation fine de la distribution du Mn au sein du Golgi est cruciale pour assurer l'efficacité de ces processus enzymatiques2, mais les mécanismes responsables restent largement inconnus.
La famille multigénique des protéines Transmembrane Nine (TMN) représente un acteur potentiel de cette régulation. Certaines protéines TMN ont été associées au transport et à la détoxification du Mn3 ou à la biosynthèse des pectines4, mais leur fonction moléculaire précise n'est pas encore établie : elles pourraient agir comme transporteurs de Mn, chaperons moléculaires ou protéines échafaudages organisant des complexes enzymatiques du Golgi. Des résultats préliminaires de l'équipe indiquent que l'inactivation de TMN11 et TMN12 entraîne des défauts d'intégrité et de composition de la paroi cellulaire, renforçant l'hypothèse de leur rôle central dans la coordination entre homéostasie du Mn et biosynthèse pariétale.
Cette thèse vise à caractériser le rôle des protéines TMN dans l'homéostasie du Mn au Golgi et leur impact sur biosynthèse de la paroi cellulaire. Les approches combinent l'analyse de mutants simples et doubles, de lignées d'ordre supérieur, et de constructions TMN-GFP pour la localisation subcellulaire, avec des études physiologiques, biochimiques et cellulaires, incluant la quantification du Mn, la microscopie confocale et l'identification de partenaires protéiques. Les résultats attendus permettront de définir le rôle moléculaire des protéines TMN, leur influence sur la glycosylation et la biosynthèse de la paroi, et d'établir un lien direct entre homéostasie du Mn, fonctionnement du Golgi et adaptation des plantes aux régimes nutritifs variables.
Manganese (Mn) is an essential micronutrient for plants, involved in photosynthesis, antioxidant responses, and cell wall biosynthesis. It functions as a cofactor for numerous enzymes, notably Golgi-localized glycosyltransferases that control the synthesis of hemicelluloses, pectins, and arabinogalactan proteins¹. Fine regulation of Mn distribution within the Golgi is crucial to ensure the efficiency of these enzymatic processes², yet the mechanisms underlying this regulation remain largely unknown.

Le Golgi est un compartiment central pour les réactions de glycosylation dépendantes du Mn, essentielles à la biosynthèse des polysaccharides et glycoprotéines pariétales. Les protéines TMN sont abondantes mais peu caractérisées dans le Golgi végétal. Les résultats préliminaires obtenus dans l'équipe montrent que les doubles mutants tmn11tmn12 présentent des défauts de composition et d'intégrité de la paroi cellulaire, suggérant que ces protéines jouent un rôle central dans la régulation de l'homéostasie du Mn et de la biosynthèse pariétale. La compréhension de ces mécanismes constitue un enjeu majeur pour expliquer comment les plantes adaptent leur croissance et la structure de leur paroi aux contraintes nutritionnelles.

Cette thèse a pour objectif de caractériser le rôle des protéines TMN dans l'homéostasie du Mn au sein du Golgi et d'évaluer les conséquences de cette régulation sur la biosynthèse et l'intégrité de la paroi cellulaire chez Arabidopsis thaliana. Elle vise à déterminer si les protéines TMN participent à la distribution subcellulaire du Mn, à définir leur fonction moléculaire en tant que transporteurs ou chaperonnes, à analyser l'impact de leur inactivation sur la composition et l'intégrité de la paroi, et à comprendre comment ces mécanismes influencent le fonctionnement du Golgi et l'adaptation des plantes aux variations nutritionnelles.

Le projet s'appuiera sur un large panel d'outils génétiques comprenant des mutants simples, doubles et d'ordre supérieur pour les gènes TMN, ainsi que des lignées exprimant des constructions TMN-GFP pour l'étude de la localisation subcellulaire. Un certain nombre de ces outils génétiques sont déjà disponibles dans l'équipe, permettant un démarrage rapide des analyses. Les différentes approches expérimentales incluent :
-Analyses physiologiques et développementales : évaluation de la croissance des plantes sous régimes contrastés de manganèse (déficit, suffisant, excès), avec mesures de la longueur des racines, du nombre et de la densité des racines latérales, ainsi que de la biomasse fraîche et sèche.
-Quantification et visualisation du Mn : mesure des concentrations de Mn dans racines et feuilles par ICP-OES, et suivi de la distribution subcellulaire à l'aide de sondes fluorescentes spécifiques au Mn², permettant de visualiser les pools intracellulaires dans le Golgi et d'autres organites.
-Localisation subcellulaire des protéines TMN : utilisation des constructions TMN-GFP pour la microscopie confocale, complétée par le fractionnement subcellulaire et les analyses biochimiques pour confirmer la présence des protéines dans les compartiments ciblés.
-Analyse des interactions protéiques : identification des partenaires de TMN par co-immunoprécipitation et spectrométrie de masse, puis validation par techniques de proximité et colocalisation telles que BiFC ou FRET-FLIM, afin de déterminer si les TMN agissent comme transporteurs, chaperons ou échafaudages pour les enzymes glycosyltransferasees.
-Études de l'implication des protéines TMN dans l'intégrité de la paroi cellulaire : analyse biochimique de la composition des polysaccharides via extraction AIR et chromatographie, ainsi qu'imagerie confocale après coloration spécifique des pectines et de la cellulose pour détecter les défauts de structure liés aux mutations tmn et aux variations de disponibilité du Mn.

Nous recherchons un étudiant motivé, ayant des bases théoriques solides en physiologie végétale, en biologie moléculaire et cellulaire et en génétique des plantes.