Thèse Protéomique Comparée des Tissus Squelettiques des Vertébrés H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : ISEM - Institut des Sciences de l'Evolution -Montpellier Direction de la thèse : Melanie DEBIAIS-THIBAUD ORCID 0000000213772515 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 L'os et les autres tissus minéralisés (cartilage, dents, écailles) apparaissent ensemble dans le registre fossile des premiers vertébrés il y a plus de 450 millions d'années probablement à partir d'un squelette d'abord uniquement cartilagineux. Un événement secondaire de perte de l'os ancestral' caractérise la lignée des poissons cartilagineux actuels, malgré la minéralisation visible de leur squelette sous forme de cartilage minéralisé. En parallèle, l'os endochondral a évolué comme tissu squelettique majoritaire dans la lignée des poissons osseux. Toutes ces hypothèses reposent principalement sur l'observation des caractères adultes du squelette des vertébrés actuels et passés.

Les données permettant de décrire la dynamique du développement, les caractéristiques cellulaires et les acteurs génétiques du développement du squelette et de la minéralisation chez les vertébrés non-modèles sont peu nombreuses, mais peuvent aujourd'hui être acquises dans une diversité d'espèces. En ciblant une série d'organismes positionnés de manière stratégique dans la phylogénie des vertébrés, il est dorénavant possible de replacer ce type de données dans un cadre comparatif optimal pour comprendre les patrons évolutifs à l'origine de la diversification du squelette des vertébrés. Dans cette optique, nous proposons de déterminer le cortège de protéines constituant la matrice extracellulaire du cartilage et/ou de l'os (acquisition de données protéomiques générées par spectroscopie de masse) ainsi que de caractériser les cellules de ces tissus squelettiques par le cortège de gènes qu'elles expriment (données transcriptomiques de type bulk RNAseq). La comparaison de ces données acquises dans toutes les branches profondes de la phylogénie des vertébrés permettra de reconstruire un scénario identifiant quelles sont les protéines présentes dans les tissus cartilagineux et osseux des premiers vertébrés, mais aussi les évènements d'évolution propres à chaque lignée.

Pour ce faire, nous avons choisi d'échantillonner les protéines et ARNs des tissus squelettiques dans trois espèces de poissons cartilagineux (petite roussette Scyliorhinus canicula ; raie bouclée Raja clavata ; chimère Chimaera monstrosa) qui s'opposent à quatre poissons osseux, deux dont le squelette a conservé une proportion importante de cartilage (le protoptère Protopterus annectens et l'esturgeon Acipenser ruthenus), et deux dont le squelette est principalement osseux (le lépisostée Lepisosteus oculatus et le polyptère Polypterus senegalus). Enfin, les caractères squelettiques de ces vertébrés à mâchoires (gnathostomes) seront contrastés avec les caractères des vertébrés sans mâchoire (cyclostomes) de deux espèces : la lamproie fluviatile Lampetra fluviatilis et la myxine Myxine glutinosa. L'échantillonnage, l'extraction et le séquençage protéique sont déjà réalisés dans le cas de S. canicula, P. annectens, A. ruthenus, L. oculatus, P. senegalus, L. fluviatilis et M. glutinosa. L'échantillonnage sera donc à compléter pour deux espèces supplémentaires et, pour certaines espèces, pour les tissus destinés au RNAseq.

L'analyse statistique de ces données se fera dans plusieurs dimensions : la première permettra de quantifier les protéines sur-représentées dans la phase minérale des tissus squelettiques quand ceux-ci sont minéralisés. La deuxième dimension est interspécifique et permet de comparer des organes homologues dans plusieurs espèces, ou des tissus homologues dans différentes espèces : cet aspect dépendra de la détermination d'un cadre d'évolution moléculaire, et donc de la production d'hypothèses d'homologie entre les gènes des différentes espèces. Une troisième et dernière dimension de l'analyse sera de positionner les observations dans un arbre phylogénétique des espèces pour reconstruire un scénario évolutif permettant d'expliquer les observations dans l'actuel. Les tissus minéralisés (os, cartilage, dents, écailles) sont apparus il y a plus de 450 millions d'années dans la lignée des premiers vertébrés, mais seulement après la divergence des cyclostomes dans les hypothèses actuelles. L'os endochondral a ensuite évolué comme le tissu squelettique majoritaire dans la lignée des poissons osseux, alors qu'un événement secondaire de perte de l'os ancestral' caractérise la lignée des poissons cartilagineux actuels, malgré la minéralisation visible de leur squelette sous forme de cartilage minéralisé.

Les données permettant de mieux décrire la dynamique du développement, les caractéristiques cellulaires et les acteurs génétiques du développement du squelette et de la minéralisation chez les vertébrés non-modèles sont peu nombreuses, mais peuvent aujourd'hui être acquises dans une diversité d'espèces. En ciblant une série d'organismes positionnés de manière stratégique dans la phylogénie des vertébrés, il est dorénavant possible de replacer ce type de données dans un cadre comparatif optimal pour comprendre les patrons évolutifs à l'origine de la diversification du squelette des vertébrés.
Proposer un scénario évolutif des évènements moléculaires (à l'échelle du génome et de l'évolution des gènes) ayant eu lieu avec l'évolution du squelette cartilagineux des vertébrés, et avec l'évolution des processus de minéralisation de la matrice extra-cellulaire. 1. Echantillonnage de tissus squelettiques sur les espèces cibles pour extraction de protéines et/ou d'ARNs ; séquençage sur plateforme ou prestataire
2. Analyse statistique de données protéomiques acquises avant et au début de la thèse
3. Identification des relations d'orthologie entre gènes des différentes espèces cibles ; comparaison interspécifique des protéines d'intérêt
4. Caractérisation des patrons d'expression des gènes d'intérêt : exploration des données de RNAseq (déjà disponibles dans l'équipe ou générées par le/la doctorant.e) ; hybridation in situ sur les tissus pour localiser les cellules à l'origine de l'expression ; immunochimie pour localiser les protéines à l'échelle tissulaire
5. Proposition de scénarios évolutifs suivant différents modèles évolutifs

Master 2 ou équivalent sur les disciplines de Biologie intégrative et/ou Biologie évolutive et/ou Génétique. On attend des compétences solides pour l'utilisation d'outils bioinformatiques, notamment des outils d'analyse de transcriptomique et d'analyses phylogénétiques et statistiques. Des compétences dans des approches expérimentales en biologie moléculaire (extraction ARN, RT-PCR, clonage) et/ou biologie cellulaire ou biologie du développement sera un atout sérieux.