Thèse Décryptage Moléculaire des Interactions Bénéfiques Burkholderia Pgpr-Riz par Approches Multiomiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : PHIM - Plant Health Institute Montpellier
Direction de la thèse : Lionel MOULIN ORCID 0000000190686912
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Le genre Burkholderia regroupe des espèces ubiquistes capables d'établir des interactions bénéfiques majeures avec les plantes, notamment la fixation d'azote, la production de phytohormones ou l'induction chez la plante d'une résistance systémique. Le riz (Oryza sativa) est une culture stratégique mondiale dont la productivité est limitée par des contraintes biotiques et abiotiques. L'utilisation de Burkholderia PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) représente une alternative durable aux engrais et pesticides chimiques. Cependant, les déterminants moléculaires spécifiques à la colonisation réussie et à la stimulation de croissance ou de résistance du riz par ces bactéries restent mal caractérisés. Cette thèse vise à identifier les mécanismes moléculaires qui dictent l'interaction bénéfique entre le riz et des souches de Burkholderia PGPR. En combinant des approches de génomique comparative, de transcriptomique (Dual RNA-seq), de mutagénèse haut-débit (Tn-seq) et de mutagénèse ciblée sur quelques candidats, ce projet identifiera les gènes bactériens d'adaptation à l'hôte et les voies de signalisation du riz impliquées. L'objectif final est de modéliser ces interactions pour optimiser l'utilisation de souches bénéfiques comme biofertilisants ou agents de biocontrôle.

Le riz est la base de l'alimentation pour plus de la moitié de l'humanité. L'utilisation de microorganismes bénéfiques (PGPR) est une alternative durable aux intrants chimiques.
Le genre Burkholderia sensu lato (au sens large, du fait qu'il a été redécoupé en plusieurs genres : Burkholderia, Paraburkholderia, Trinickia) comprend de nombreuses espèces PGPR, certaines capables de fixer l'azote atmosphérique (ex: B. vietnamiensis, B. kururiensis), de produire des phytohormones (auxines), de solubiliser le phosphore ou de séquestrer le fer (sidérophores). Malgré ce potentiel, l'impact de l'inoculation des PGPR et leurs effets sur plantes restent peu maitrisés, du fait que la dynamique de colonisation racinaire et les échanges moléculaires entre les espèces de Burkholderia et les plantes ne sont pas élucidés. Leur proximité taxonomique avec des espèces pathogènes de plantes ou humains pose également des questions quant aux stratégies utilisées par ces espèces pour interagir avec des hôtes.
Le genre Burkholderia regroupe des espèces ubiquistes capables d'établir des interactions bénéfiques majeures avec les plantes, notamment la fixation d'azote, la production de phytohormones ou l'induction chez la plante d'une résistance systémique. Le riz (Oryza sativa) est une culture stratégique mondiale dont la productivité est limitée par des contraintes biotiques et abiotiques. L'utilisation de Burkholderia PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) représente une alternative durable aux engrais et pesticides chimiques. Cependant, les déterminants moléculaires spécifiques à la colonisation réussie et à la stimulation de croissance ou de résistance du riz par ces bactéries restent mal caractérisés.
L'équipe BRIO a travaillé précédemment sur deux souches modèles : Burkholderia vietnamensis et Paraburkholderia kururiensis, et a pu identifier les gènes exprimés lors de l'interaction autant chez les bactéries que chez la variété de riz Nipponbare (King et al., 2019, Wallner et al., 2022). Ces travaux ont mis en évidence l'importance d'analyser la spécificité souche-hôte pour comprendre ces interactions, notamment la nécessité de distinguer les déterminants essentiels à la colonisation racinaire et à la médiation des défenses des plantes, d'identifier les réponses communes et spécifiques parmi la diversité naturelle, afin de comprendre la variabilité des réponses des plantes aux bactéries PGPR et mieux cibler leur utilisation potentielle en agroécologie.
Les premiers travaux sur Burkholderia ont servi de base au projet ANR Burkadapt (2019-2024) qui a étudié la diversité des interactions Burkholderia-hôte eucaryote au sens large, avec des équipes travaillant sur les modèles plantes (BRIO) et d'autres sur modèles insectes et animaux. Notre équipe a ainsi pu identifier un panel de 8 souches qui montrent des phénotypes contrastés sur différents hôtes, notamment chez les plantes. Ces 8 souches serviront de base à ce sujet de thèse pour décrypter les bases moléculaires impliquées chez les bactéries et la plante lors de la colonisation et interactions avec les racines de riz.

Cette thèse vise à identifier les mécanismes moléculaires qui dictent l'interaction bénéfique entre le riz et des souches de Burkholderia PGPR. En combinant des approches de génomique comparative, de transcriptomique (Dual RNA-seq), de mutagénèse haut-débit (Tn-seq) et de mutagénèse ciblée sur quelques candidats, ce projet identifiera les gènes bactériens d'adaptation et les voies de signalisation du riz impliquées. L'objectif final est de modéliser ces interactions pour optimiser l'utilisation de souches bénéfiques comme biofertilisants ou agents de biocontrôle.

Objectifs spécifiques :
1.Caractériser le phénotype de 8 souches de Burkholderia PGPR sur différentes variétés de riz.
2.Identifier les déterminants génétiques bactériens impliqués dans la colonisation et la modulation de la réponse du riz.
3.Analyser la réponse transcriptomique du riz lors de la colonisation par 8 souches PGPR pour identifier les voies métaboliques et de défense activées.
4.Valider fonctionnellement les gènes clés identifiés pour modéliser le réseau d'interaction.

La recherche sera structurée en quatre axes méthodologiques, intégrant des méthodologies avancées :
A. Sélection et caractérisation phénotypique
-Sélection d'un panel de souches de Burkholderia PGPR et endophytes.
-Tests de colonisation racinaire (microscopie à fluorescence, comptage CFU).
-Évaluation de l'impact sur la croissance et la tolérance aux pathogènes du riz.
B. Génomique comparative et mutagénèse bactérienne
-Séquençage et annotation de génomes de souches PGPR de Burkholderia.
-Identification des gènes candidats : L'analyse des données Tn-seq in planta (matériel biologique déjà produit dans l'équipe) permettra d'identifier des gènes cibles candidats coté bactériens
-Mutagénèse : Génération de mutants par insertion/délétion (système CRISPR-Cas ou électroporation de transposon) pour valider le rôle de gènes candidats identifiés comme essentiels lors des analyses Tn-seq ; et étude de leur phénotype in planta.
C. Transcriptomique (RNA-seq) et analyse de l'interaction
-Transcriptomique Bactérienne : Analyse de l'expression génique différentielle des souches lors de la colonisation racinaire du riz, en utilisant des approches de RNA-seq pour identifier les gènes spécifiques à la colonisation et interaction avec les racines.
-Transcriptomique du Riz : L'approche Dual-RNAseq permet de capturer l'expression génique à la fois des bactéries et de la plante. Ces données sur les 8 souches permettront d'identifier le coeur commun des gènes impliqués dans la perception et l'interaction racinaire avec les souches de Burkholderia. Le matériel biologique a déjà été produit, il s'agira donc d'analyser les données et valider quelques candidats.
D. Modélisation moléculaire et intégration des données
-Construction de réseaux d'interaction : Utilisation d'outils bioinformatiques (ex: Cytoscape) pour corréler l'expression des gènes bactériens avec celle des gènes de croissance du riz.
-Validation fonctionnelle : Utilisation de mutants de riz pour valider les voies métaboliques clés stimulées par les PGPR.

- Master ou ingénieur dans les interactions moléculaires plantes-microorganismes
- Expérience en biologie moléculaire et microbiologie des interactions
- Expérience et à minima fort intérêt pour les analyses de données multi-omiques (Génomique, RNAseq, Tnseq), et leur analyse comparative; utilisation d'outils variés sur différentes plateformes.
- Intérêt pour la bioinformatique, la bioanalyse et la modélisation des interactions