3 Sujets de Thèse et 2 de MASTERE sont proposés pour l'année 2011/2012

Sujet de thèse N°1: Métabolisme et rôles physiologiques de l'acide isochlorogénique chez la chicorée.
Les composés phénoliques, produits et accumulés par les plantes, sont les antioxydants alimentaires les plus répandus et les plus abondants. La chicorée industrielle (Cichorium intybus L. var. sativum, Asteraceae) produit et accumule l'acide chlorogénique ainsi que 3 autres composés phénoliques proches sur le plan structural, tous étant des esters de caféoyle : l'acide isochlorogénique, l'acide caftarique et l'acide chicorique. Si l'acide chlorogénique est un composé répandu chez de nombreuses familles végétales telles que les Solanaceae, les Rubiaceae et les Rosaceae, l'accumulation des 3 autres composés est beaucoup plus originale et la chicorée industrielle représente une source quasi unique de ces molécules aux propriétés potentiellement bénéfiques pour la santé humaine. L'acide chicorique, par exemple, présente des propriétés immunostimulantes, une activité anti-hyaluronidase et un effet préventif contre l'action destructrice des radicaux libres sur le collagène. Il présente également des propriétés antivirales et inhibe l'intégrase de l'HIV-1 et sa réplication. L'importance économique de l'implantation de la chicorée industrielle dans notre région ainsi que l'originalité des molécules citées dans une perspective d'amélioration des produits alimentaires justifie la mise en place de programme de sélection visant à améliorer les contenus en ces molécules chez la chicorée industrielle. Ces démarches de sélection variétale ne seront efficaces que si tous les mécanismes génétiques, biochimiques et physiologiques à l'origine de la production et de l'accumulation de ces molécules antioxydantes auront été élucidés. Si la voie de biosynthèse du composé le plus répandu, l'acide chlorogénique, est bien décrite, les modalités de production des 3 autres composés phénoliques accumulés par la chicorée sont quant à elles loin d'être établies. Des zones d'ombre subsistent également au sujet du rôle physiologique de l'accumulation de ces solutés chez les plantes. Notre équipe tente de répondre à ces différentes questions via des approches de génomique fonctionnelle. Le travail de thèse proposé implique la caractérisation biochimique et moléculaire de la voie de biosynthèse de l'acide isochlorogénique (biosynthèse et régulation) de même que la mise en évidence des rôles physiologiques de cet ester chez la chicorée. Une approche de génétique inverse sera mise en place afin de déterminer les génes potentiellement impliqués dans ce métabolisme. Au travers d'une étude transcriptomique (454, Illumina), des gènes candidats seront identifiés puis caractérisés (clonage, expression en systémes hétérologues). Le candidat intéressé aura des compétences en biochimie végétale et en biologie moléculaire et devra faire preuve d'esprit d'initiative et de capacité á s'intégrer dans une thématique et à travailler en équipe.

Sujet de thèse N°2 : Clonage positionnel du locus S chez la chicorée (Cichorium Intybus L., Asteraceae)
De nombreuses espèces végétales hermaphrodites ont développé des mécanismes d'auto-incompabibilité (AI), déterminés génétiquement, afin de limiter les autofécondations et les croisements entre individus consanguins. Dans les systèmes d'AI homomorphiques, les fleurs des génotypes incompatibles ne présentent pas de différences morphologiques et l'incompatibilité est due à des mécanismes moléculaires impliquant un rejet de l'auto-pollen par les stigmates ou les styles d'une même plante. Des études génétiques ont montré l'existence de deux types majeurs de déterminisme de l'AI homomorphique, à savoir les systèmes d'auto-incompatibilité gamétophytique (AIG) et sporophytique (AIS). Dans le cas des espèces à déterminisme gamétophytique de l'AI, le phénotype du pollen est déterminé uniquement par le génome haploide de ce pollen (i.e. gamétophyte). Lorsque le déterminisme est de type sporophytique, la réponse du pollen est déterminée par le génotype de la plante (i.e. sporophyte) qui produit ce pollen. L'AIS a été identifiée chez des espèces représentant quelques familles de plantes, dont les Brassicaceae, les Asteraceae et les Convolvulaceae. Dans ces familles, l'incompatibilité est déterminée par un locus majeur complexe, multi-allélique, le locus S. Les déterminants polliniques et stigmatiques de la réaction d'incompatibilité ont été identifiés dans le genre Brassica mais restent inconnus dans les autres familles; des études moléculaires ont montré que le gène codant le déterminant stigmatique de l'AIS chez les Brassicaceae n'était pas impliqué dans la réponse incompatible chez l'ipomée (Convolvulaceae) et le séneon (Asteraceae). Ces résultats suggèrent que différents mécanismes moléculaires de l'AIS ont évolué de faon indépendante. La chicorée (Cichorium intybus L.) appartient à la famille des Asteraceae. L'AI est très répandue dans cette espèce, non seulement chez les formes spontanées mais aussi chez les formes cultivées. Outre l'intérêt fondamental d'identifier les facteurs déterminants l'AIS chez les Asteraceae, l'étude de ce caractère chez la chicorée présente un intérêt pour la création variétale, active dans notre région. L'enjeu est de disposer, pour les sélectionneurs, d'outils permettant de ma”triser la gestion des populations élites qui sont sélectionnées en vue de la création de variétés hybrides stables et performantes. Les travaux réalisés au laboratoire ont déjà permis la cartographie fine du locus S (intervalle < 1cM) sur l'un des 9 chromosomes de la chicorée, à partir de près de 2500 descendants en ségrégation et de différents types de marqueurs moléculaires. D'autre part, deux banques BAC construites à partir de deux génotypes différents au locus S (S2S2 et S1S4), et couvrant environ 12 fois le génome de la chicorée ont été réalisées. Par ailleurs d'importantes collections d'EST de chicorées mais aussi d'espèces proches sont publiquement disponibles et le séquenage du génome du tournesol est en cours. L'ensemble de ces ressources génomiques sera utilisé dans le cadre de la thèse. L'objectif général de la thèse est de poursuivre la démarche de clonage positionnel initiée afin d'identifier à terme les déterminants polliniques et stigmatiques de l'AIS chez une Asteraceae. Les travaux à réaliser dans le cadre de la thèse consisteront : - à identifier, caractériser et sélectionner en vue de leur séquenage des clones BAC couvrant le locus S pour les trois haplotypes S présents dans les banques BAC (S2, S1 et S4) ; - à analyser les séquences génomiques et identifier les gènes candidats pour les fonctions pollen et stigmate ; - à mettre en place les stratégies de validation fonctionnelle de ces candidats.

Sujet de thèse N°3 : Régulation Transcriptionnelle de la lignification
La lignine est un polymére phénolique présent dans les parois de certaines cellules végétales. La présence/absence et la quantité/qualité de la lignine est un paramètre majeur déterminant la qualité de nombreux produits (textile, matériaux composites, bio-carburants) issus de la biomasse ligno-cellulosique. De ce fait, une meilleure compréhension de la régulation de la biosynthèse de la lignine et des mécanismes à la base de la variabilité de ce polymère permettra de sélectionner des variétés mieux adaptées pour la production de produits de qualité. Dans ce contexte, le lin (Linum usitatissimum L.) représente un modèle expérimental d'intéret. En effet, cette espèce est caractérisée par la présence de fibres longues avec des parois secondaires épaisses, riches en cellulose, mais pauvres en lignine. Cette architecture pariétale suppose l'existence de mécanismes spécifiques de régulation (transcriptionnelle, post-transcriptionnelle, cellulaire). Suite à des analyses transcriptomiques, nous avons identifié plusieurs facteurs de transcription (MYB, NAC, WRKY) potentiellement impliqués dans la régulation transcriptionnelle des gènes lignine chez le lin. Pour mieux cerner le rôle potentiel de ces gènes dans la régulation de la biosynthèse de ce polymère nous souhaitons continuer les travaux de caractérisation fonctionnelle initiés dans notre laboratoire. Les travaux de thèse se focaliseraient sur la caractérisation fonctionnelle (aux niveaux phénotype, structure pariétale, transcriptome, métabolome et protéome) des plantes d'Arabidopsis thaliana sur-exprimant ces gènes. En parallèle, la complémentation de mutants d'Arabidopsis nous permettra de confirmer le rôle de ces gènes en système hétérologue. Des approches de RNAi pourront être envisagé pour générer des plantes de lin sous-exprimant certains de ces gènes. La disponibilité d'une collection de mutants EMS de lin (projet ANR PT-Flax) permettra également l'isolement de mutants de lin correspondants. Les travaux de thèse se feront dans un cadre national et international à travers des collaborations existantes de l'équipe d'accueil. Le/la candidat(e) intéressé(e) aura des connaissances et expérience pratique dans le domaine général de la biologie/physiologie moléculaire végétale. Il(elle) devra faire preuve d'initiative et d'une capacité de travailler en équipe.

Sujet de MASTERE N°1 : Etude des voies de biosynthèse associées à la production et à l'accumulation d'acides chlorogéniques chez la chicorée industrielle (Cichorium intybus L.)
L'acide caféique dérivé de la voie des phénylpropanoïdes et l'acide quinique forment des esters collectivement dénommés acides chlorogéniques. Ils sont abondants chez les Astéracées, les Solanacées et les Rubiacées. Ils interviennent notamment dans les mécanismes de défense des plantes. L'étude des acides chlorogéniques chez la chicorée industrielle (Astéracées) présente un intérêt économique en raison de leur contribution tant aux propriétés antioxydantes qu'aux propriétés d'amertume, ces dernières résultant en partie de la transformation des molécules au cours de procédés de torréfaction. L'acide 5-O-caféoylquinique (5-CQA) est le plus répandu chez les plantes et il est dénommé de fait acide chlorogénique. La production d'acide isochlorogénique (3,5-diCQA) est quant à elle beaucoup moins répandue dans le règne végétal. Si la voie de biosynthèse de l'acide chlorogénique est bien caractérisée ainsi que les gènes codant les enzymes impliquées, les informations concernant la voie de biosynthèse du 3,5-diCQA sont encore très parcellaires. Notre équipe s'intéresse à ces métabolismes et à leurs modalités de régulation ainsi qu'aux rôles physiologiques de ces molécules. Ce stage s'insère dans une approche de génétique inverse visant à caractériser les gènes impliqués dans la synthèse de l'acide isochlorogénique. Afin d'identifier des gènes candidats, une approche d'analyse transcriptomique par séquençage haut-débit a été choisie. Pour ce faire, il s'agit, dans un premier temps d'identifier des conditions expérimentales dans lesquelles ce métabolisme est activé (utilisation d'éliciteurs, de conditions stressantes et de précurseurs potentiels). Le statut métabolique de l'acide isochlorogénique sera analysé sur plusieurs modèles biologiques établis au laboratoire : plantules cultivées en hydroponie, culture cellulaire et incubation d'organes isolés. D'autre part, des informations sur les réactions enzymatiques engagées seront collectées via des expériences de suivi de métabolisation de précurseurs froids ou radioactifs.
Le candidat développera des compétences dans les domaines de la culture cellulaire, de la biologie cellulaire et de la biochimie analytique (LC-UV, LC-MS).

Sujet de MASTERE N° 2 : Etude des métabolites secondaires contributeurs à l'amertume native et néoformée chez la chicorée industrielle (Cichorium intybus)
Parmi les métabolites secondaires produits abondamment chez la chicorée industrielle (Cichorium intybus var. sativum), les lactones sesquiterpéniques et les acides phénoliques jouent un rôle prépondérant dans la qualité de la racine. Au nombre de leur propriété, l'amertume constitue un caractère majeur dans la sélection et la valorisation de la plante. La chicorée est en effet cultivée pour sa racine et rentre dans notre alimentation sous forme transformée (farine, grain torréfiée, poudre soluble). Cependant, la gestion de l'amertume représente pour les acteurs de la filière un enjeu économique primordial puisque l'excès de saveur perceptible dans les produits séchés et torréfiés freine leur consommation. Si l'effet sensoriel dans la plante peut être attribué en partie aux composés terpéniques, les implications spécifiques du contenu en métabolites au cours de la transformation de la racine n'en sont pas pour autant élucidées, et figurent parmi les attentes agricoles et industrielles. Dans le but de mieux appréhender les contributeurs à l'amertume native et néoformée de la chicorée, le (la) candidat(e) se chargera de caractériser d'une part le contenu moléculaire de la plante à partir d'une collection, a priori contrastée pour le caractère amer, puis d'en mesurer les variations (qualitatives et quantitatives) dans les produits transformés. D'autre part, la présence des précurseurs, en l'occurrence les lactones sesquiterpéniques, dans le produit frais sera abordée à travers la recherche des modalités de leur induction dans des cultures cellulaires disponibles au laboratoire. Notamment, certaines modulations en minéraux, combinées ou non avec des élicitations chimique et physiques, seront appliquées. Au cours de ce stage, le candidat sera amené à mettre en place des conditions de culture, à adapter des méthodes d'extractions et à assurer un suivi analytique du matériel végétal. Des compétences seront acquises en culture cellulaire, en physiologie végétale et en biochimie analytique (LC-UV, LC-MS).