Thèse Diversité des Métabolites Spécialisés de Bactéries Associées aux Nématodes Entomopathogènes des Agents de Biocontrôle pour la Santé des Plantes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : DGIMI - Diversité, Génomes & Interactions Microorganismes-Insectes
Direction de la thèse : Alyssa CARRé-MLOUKA ORCID 0000000261418115
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Les microorganismes du sol sont bien connus pour être riches en métabolites secondaires ou spécialisés, qui peuvent jouer des rôles cruciaux dans les interactions au sein des écosystèmes terrestres. Dans les sols, certaines bactéries vivent en association symbiotique avec des nématodes, des prédateurs qui se nourrissent de larves d'insectes, formant ainsi un complexe némato-entomopathogène (NEP). Les bactéries symbiotiques participent à la pathogénèse chez l'insecte mais également à la décomposition des larves, un environnement dans lequel la dynamique des interactions microbiennes évolue au fur et à mesure de la consommation des ressources. Cette niche écologique particulière constitue ainsi un modèle pertinent pour étudier ces interactions biotiques. Ce projet multidisciplinaire mêlant des approches de microbiologie, biochimie et chimie analytique s'attachera à en identifier, quantifier et caractériser les supports moléculaires (métabolites spécialisés ou secondaires) dans un contexte de santé des plantes cultivées.
Ce projet s'appuiera sur des analyses métabolomiques ciblées et non ciblées couplées à des approches de spectrométrie de masse à haute résolution afin d'explorer la diversité du métabolome des bactéries associés aux nématodes entomopathogènes. La mise en place de réseaux moléculaires permettra d'identifier de nouveaux métabolites potentiellement impliqués dans les interactions entre ces bactéries, les nématodes et leur environnement hôte. Certains de ces composés seront ensuite caractérisés structurellement et fonctionnellement afin d'évaluer leurs rôles dans la niche écologique des nématodes et leur potentielles applications dans le domaine de la santé des plantes (activités contre phytopathogènes ou promotrices de la croissance des plantes).
En plus des retombées scientifiques sur la compréhension du rôle des métabolites spécialisés bactériens en contexte symbiotique, ce projet pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies de biocontrôle basées sur des bactéries ou des composés naturels bactériens. L'identification de ces molécules et la caractérisation de leurs activités permettraient d'envisager leur valorisation dans un contexte agroécologique, en lien avec les enjeux actuels de réduction des intrants chimiques et de développement de solutions biologiques durables pour la protection des cultures et en accord avec l'approche « Une seule Santé ».

Les complexes NEPs interviennent dans un cycle constitué de trois phases aboutissant à la mort des larves d'insectes (Figure 1). Pendant la phase libre dans le sol, ils recherchent un proie insecte qu'ils infestent en pénétrant par les orifices naturels. Les bactéries sont alors libérées au niveau de l'hémolymphe, induisant ainsi la mort de l'insecte par septicémie (phase pathogène). Les cadavres sont ensuite utilisés en tant que ressources nutritives (phase nécrotrophe) par les nématodes et bactéries, qui produisent des métabolites dits spécialisés dont plus de 130 composés (dont les peptides PAXs) ont déjà été décrits pour Xenorhabdus. Enfin, bactéries et nématodes se réassocient pour former, de nouveau, des complexes NEPs. Ces complexes quittent le cadavre de l'insecte à la recherche de nouvelles proies1.

Figure 1 :
Cycle parasitaire des complexes némato-entomopathogènes (NEPs), formés de nématodes du genre Steinernema (en bleu) et de bactéries associées (en rouge, vert ou rose, par exemple Xenorhabdus, Pseudomonas) infectant des larves d'insectes. Les lipocyclopeptides PAXs ont pu être détectés de la fin de la phase pathogène (20h après infestation) et pendant la majorité de la phase nécrotrophe (10 jours après infestation). D'après6.

De nombreux travaux ont été menés afin de comprendre les mécanismes en action au cours de la phase pathogène, mais la phase nécrotrophe reste encore largement inexplorée. Or, celle-ci est essentielle au succès du cycle des NEPs puisqu'elle permet la reproduction et le développement des différents partenaires de l'interaction. Le décryptage du rôle des métabolites bactériens pendant cette phase constitue donc un axe majeur des recherches en cours de développement à l'UMR DGIMI. A. Chouchou et A. Carré-Mlouka ont déjà collaboré sur le sujet, notamment concernant les métabolites PAXs de Xenorhabdus, montrés comme produits au cours de la phase nécrotrophe et impliqués dans l'interaction avec le nématode66. La poursuite de ces travaux s'appuiera sur les résultats acquis sur les PAXs qui pourront servir de contrôle, et bénéficiera de l'utilisation des approches plus globales (métabolomique) envisagée dans ce projet de thèse, permettant ainsi une meilleure connaissance des métabolites spécialisés bactériens.

Ce projet vise à décrire la diversité des métabolites spécialisés des bactéries associées aux nématodes dans différentes conditions reproduisant le milieu naturel. Il cherchera également à découvrir et caractériser de nouveaux métabolites spécialisés issus des bactéries du microbiote des nématodes, et possédant des activités biologiques d'intérêt dans le cadre de l'écologie microbienne et des interactions biotiques dans le cadavre d'insecte (antimicrobiennes, synergiques, influençant la formation de biofilms) et/ou de la santé des plantes (antimicrobiennes dirigées contre des microorganismes phytopathogènes, et/ou des activités promotrices de la croissance de plantes cultivées modèles).

Les souches bactériennes seront cultivées dans différentes conditions de culture (milieux mimant l'interaction avec les nématodes ou le cadavre de l'insecte, co-cultures avec d'autres membres du FAM...) afin de favoriser la production d'une diversité maximale de métabolites spécialisés. En parallèle, des échantillons biologiques de complexité croissante, représentant les interactions biotiques dans l'environnement (insecte infectés sans nématode par les bactéries Xenorhabdus seul, Pseudomonas seul, Xenorhabdus et Pseudomonas ; insecte infesté par le nématode associé aux différentes bactéries...) seront préparés ; ils pourront permettre de suivre une dynamique allant de la mort de l'insecte (48h après infection) jusqu'au développement de nouvelles générations de nématodes associés à leurs bactéries symbiotiques (8-10 jours après infection), comme préalablement fait pour étudier les PAXs6 (Figure 1). Après extraction des métabolites de ces différents échantillons biologiques, des profils différentiels pourront ensuite être établis.
L'acquisition des données métabolomiques sera réalisée par spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) à haute résolution afin d'obtenir un profil détaillé des composés présents dans les échantillons. Une fois les données brutes collectées, elles seront traitées via des outils bio-informatiques permettant l'extraction des spectres de masse, ainsi que l'identification et la quantification des métabolites en se basant sur des bases de données de référence. L'analyse sera approfondie grâce aux réseaux moléculaires qui permettront d'établir des relations de similarité chimique entre les composés détectés et d'identifier de nouveaux métabolites potentiels. Une approche statistique rigoureuse sera appliquée aux données métabolomiques afin d'identifier des tendances spécifiques et des corrélations significatives entre les profils métaboliques et les interactions écologiques.
Une attention particulière sera portée à l'optimisation des conditions expérimentales pour assurer une extraction efficace des métabolites présents dans des matrices complexes telles que les tissus en décomposition des cadavres colonisés par les NEPs. Des protocoles adaptés de pré-traitement des échantillons (purification des extraits bruts par chromatographie liquide avant l'injection en spectrométrie de masse) seront mis en place afin de minimiser les interférences d'améliorer la sensibilité et la reproductibilité des analyses métabolomiques.
Enfin, la purification de nouveaux métabolites d'intérêt ainsi que des tests biologiques seront menés afin d'évaluer leurs activités et leur implication dans les interactions entre les nématodes, les bactéries symbiotiques et l'environnement hôte. Certains métabolites pourront être quantifiés et localisés in vivo (imagerie MALDI). L'ensemble de ces approches combinées garantira une caractérisation approfondie des métabolites impliqués dans la niche écologique des NEPs et fournira des informations essentielles pour leur exploitation potentielle dans des applications biotechnologiques.

Bactériologiste avec des compétences en écologie chimique, ou chimiste avec des compétences en bactériologie. Formation ou expérience en métabolomique souhaitée. Aptitude à travailler avec des bactéries et des larves d'insectes. Intérêt pour les domaines de l'environnement et de l'agronomie.