Thèse Qu'Est-Ce qui Distingue un Palmier Mâle d'Un Palmier Femelle Comprendre la Détermination du Sexe et les Chromosomes Sexuels Grâce à des Approches « Omiques » Comparatives le Palmier Nain Cha H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : DIADE - Diversité, Adaptation et DEveloppement des plantes Direction de la thèse : Frederique ABERLENC ORCID 0000000318666807 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 L'étude de l'évolution de la séparation des sexes est un axe de recherche central en biologie. Chez les plantes, l'évolution des fleurs unisexuées s'est produite à de multiples reprises et des chromosomes sexuels ont vraisemblablement émergé de manière indépendante à chaque transition vers l'unisexualité. Ce phénomène revêt une importance particulière dans la famille des palmiers, qui comprend un nombre élevé d'espèces à fleurs unisexuées (monoïques ou dioïques), une condition relativement rare chez les angiospermes. La dioécie y aurait évolué au moins huit fois de manière indépendante au cours de l'histoire évolutive du groupe.

Récemment, en comparant les régions liées au sexe chez le palmier dattier (Phoenix dactylifera) et l'espèce dioïque éloignée Kerriodoxa elegans, notre équipe a découvert que la même région est devenue non recombinante de manière indépendante, révélant un cas unique d'évolution convergente de chromosomes sexuels (Tessarotto et al., 2025). Malgré les avancées récentes, les mécanismes génétiques et moléculaires à l'origine de la dioécie chez les palmiers restent encore largement méconnus.

L'objectif de cette thèse est d'explorer l'évolution de la séparation des sexes chez les palmiers à travers une approche de génomique comparative, en étudiant un nouveau groupe au sein duquel la dioécie aurait évolué indépendamment. Le travail portera sur le palmier nain, Chamaerops humilis, appartenant à la tribu des Trachycarpeae, une lignée distincte des groupes précédemment analysés. À ce jour, aucune donnée n'est disponible concernant l'existence de chromosomes sexuels ni l'identité des gènes impliqués dans la détermination du sexe chez cette espèce.

Les questions suivantes seront abordées : Quel est le système de chromosomes sexuels du palmier nain ? Quelles sont les spécificités des régions non recombinantes en termes de composition génique et de fonction des gènes ? Contiennent-ils des éléments transposables et des marques de méthylation de l'ADN les différenciant des autosomes ? Quelles similitudes et différences observe-t-on entre les chromosomes sexuels du palmier nain et ceux du palmier dattier appartenant à la tribu des Phoeniceae et ne partageant pas d'ancêtre commun dioïque ? Quels sont les gènes et les réseaux de régulation impliqués dans la différenciation sexuelle des inflorescences ?

Pour répondre à ces questions, l'étudiant(e) mobilisera des approches « omiques » en analysant des données de séquençage à haut débit générées par l'équipe. De nouvelles données génomiques seront générées par l'étudiant(e) à l'aide de la technologie Oxford Nanopore Technologies de pointe sur la plateforme PromethION disponible dans notre laboratoire.
L'étudiant(e) conduira également une analyse épigénomique visant à caractériser les profils de méthylation de l'ADN associés aux haplotypes X et Y. Les niveaux de méthylation seront comparés afin d'identifier d'éventuelles signatures épigénétiques susceptibles d'être impliquées dans la régulation du déterminisme sexuel. L'étudiant(e) réalisera une analyse d'expression différentielle en comparant les transcriptomes d'inflorescences mâles et femelles. Les gènes différentiellement exprimés seront intégrés à des analyses de co-expression pour reconstruire des réseaux de régulation génique, révélant ainsi les gènes candidats impliqués dans la différenciation sexuelle.
La comparaison entre les gènes liés au sexe et les gènes différentiellement exprimés permettra de mieux comprendre les bases génétiques et moléculaires de la détermination du sexe dans ce groupe de palmiers. La confrontation de ces résultats avec les connaissances actuelles sur les chromosomes sexuels déjà caractérisés chez d'autres palmiers offrira une perspective globale sur l'évolution de la séparation des sexes, non seulement chez les palmiers, mais aussi plus largement chez les plantes.
Les systèmes de reproduction et la séparation des sexes sont des sujets de recherche majeurs en biologie, car ils déterminent la transmission des gènes et influencent ainsi la diversité génétique, l'adaptation, la spéciation et l'extinction des espèces. Environ 6 % des espèces d'angiospermes ont des sexes séparés (dioécie), représentant plus de 15 000 espèces (Renner, 2014). La proportion d'espèces dioïques est plus élevée chez les espèces cultivées : environ 20% sont dioïques ou ont des ancêtres sauvages dioïques (Fruchard et Marais, 2017), et ce n'est très souvent que le sexe femelle qui est utilisé. La dioécie aurait en effet évolué dans la plupart des principaux taxons phylogénétiques, avec 871 à 5 000 origines indépendantes en particulier chez certaines plantes ligneuses tropicales, pour lesquels il existe de nombreux groupes phylogénétiques entièrement dioïques (Renner, 2014 ; Henry et al., 2018). Les bases moléculaires de la détermination du sexe n'ont été élucidées que chez quelques espèces (Henry et al., 2018 ; Leite Montalvão et al., 2021), révélant que plusieurs voies agissant lors du développement floral ont pu être recrutées à plusieurs reprises dans des lignées éloignées (Leite Montalvão et al., 2021). Malgré cette importance, nos connaissances sont limitées sur les mécanismes moléculaires impliqués dans la détermination du sexe et l'évolution des chromosomes sexuels des plantes.
La famille des palmiers (Arecaceae), qui comprend environ 2 600 espèces joue un rôle primordial du point de vue nutritionnel et économique pour de nombreux pays tropicaux et méditerranéens. Au regard de la dioécie, la famille des palmiers est particulièrement intéressante puisqu'elle présente une majorité d'espèces à fleurs unisexuées, monoïques ou dioïques. Ainsi, sur la base de sa répartition phylogénétique, le caractère dioïque semble avoir évolué séparément à une dizaine de reprises au sein de la famille des palmiers à partir d'ancêtres monoïques ou hermaphrodites (Nadot et al., 2016 ; Cassia Silva et al., 2021).
Malgré les connaissances qui restent très limitées dans la famille des palmiers, des études sur la caractérisation des systèmes et mécanismes de reproduction sexuelle ont commencé à être menées chez quelques espèces de la sous-famille des Coryphoideae. Chez le palmier dattier (Phoenix dactylifera) espèce dioïque, des études morphologiques menées par notre équipe sur les inflorescences mâles et femelles ont révélé que l'unisexualité est déterminée par l'arrêt du développement des organes stériles (Daher et al., 2010). Un système de chromosomes sexuels XY a été identifié, avec une région non recombinante d'environ 6 Mb (Al-Dous et al., 2011), et des marqueurs du sexe ont été développés (Cherif et al., 2013). De plus, une analyse phylogénétique d'un gène lié au sexe a montré que les espèces actuelles du genre Phoenix partagent un ancêtre dioïque commun (Cherif et al., 2016). La cartographie génétique a permis d'identifier le groupe de liaison correspondant au chromosome sexuel (Mathew et al., 2014) et des mécanismes de détermination du sexe ont été suggérés (Torres et al., 2018).
Récemment, en comparant les régions liées au sexe chez P. dactylifera et l'espèce dioïque éloignée Kerriodoxa elegans, nous avons découvert qu'une même région est devenue non recombinante de manière indépendante, révélant un cas unique d'évolution convergente (Tessarotto et al., 2025). Cependant, l'étude de nouveaux groupes est nécessaire pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à l'évolution de la dioécie chez les palmiers.
La tribu des Trachycarpeae est un groupe de la sous famille des coryphoideae qui aurait évolué la dioécie de façon indépendante des groupes précédement étudiés (Nadot et al., 2016). Dans ce groupe, le palmier nain, Chamaerops humilis, est une espèce pour laquelle il existe aucune connaissance sur les chromosomes sexuels et les gènes liés au sexe. Généralement dioïque, C. humilis est le seul palmier indigène d'Europe continentale, originaire du bassin méditerranéen occidental. Ce palmier de petite taille possède des feuilles palmées rigides et une forte tolérance à la sécheresse et au froid modéré. Largement planté comme espèce ornementale, il présente un intérêt écologique et patrimonial important.
L'objectif principal de la thèse est d'étudier les déterminants génétiques et moléculaires de la dioécie dans la famille des palmiers par une approche de génomique comparative. Les recherches seront centrées sur le palmier nain, Chamaerops humilis, qui appartient à la tribu des Trachycarpeae principalement composée d'espèces dioïques.
Les chromosomes sexuels seront identifiés et caractérisés en termes de gènes, d'éléments répétés, de structure et de méthylation. Les gènes et régions génomiques liés au sexe seront comparés à ceux décrits précédemment chez les palmiers, notamment le palmier dattier, P. dactylifera. Nous chercherons à déterminer l'existence de mécanismes communs ou spécifiques dans l'évolution de la séparation des sexes au sein des espèces de palmiers dioïques. Les connaissances acquises permettront de mieux comprendre les bases moléculaires du déterminisme du sexe dans ce groupe et de favoriser l'identification de marqueurs moléculaires utiles pour le sexage précoce du palmier à ivoire.

Nous nous concentrerons au cours de cette thèse sur les questions scientifiques suivantes :

1. Quel est le système de chromosomes sexuels chez le palmier nain ? Les chromosomes sexuels X et Y sont-ils structurellement similaires (homomorphiques) ou différents (hétéromorphiques) ?
2. Quelles sont les caractéristiques des chromosomes sexuels de C. humilis en termes de contenu et de fonction des gènes ? Possèdent-ils des éléments transposables et des marques épigénétique (taux de méthylation de l'ADN) qui les distinguent des autosomes ? Quelles sont les différences entre les haplotypes X et Y ?
3. Quels sont les gènes différentiellement exprimés entre les inflorescences mâles et femelles, tels qu'identifiés par des analyses transcriptomiques à haut débit (RNA-seq) ? Comment ces gènes interagissent-ils au sein de réseaux de régulation génique, et existe-t-il des modules transcriptionnels spécifiques à chaque sexe ? Quels gènes clés peuvent être identifiés comme candidats majeurs impliqués dans la différenciation sexuelle et le développement des organes reproducteurs ?
Le travail de thèse reposera sur l'exploitation des données génomiques générées par l'équipe, associées aux données de séquençage de nouvelle génération (NGS) provenant de la capture des exons et de ARN d'inflorescences, préalablement générées au sein de l'équipe pour des individus mâles et femelles de Chamaerops humilis. Les ressources génomiques disponibles pour d'autres espèces de palmier disponibles au sein de notre équipe, notamment pour Phoenix dactylifera et Kerriodoxa elegans telles que les transcriptomes, les génomes de référence et la cartographie génétique (Tessarotto et al., 2025), seront également utilisées. Nous tirerons partie du séquençage récent du génome du « Palmier de Goethe » un palmier nain agé de 400 ans (Beltran-Sanz et al., 2025).

Les gènes liés au sexe identifiés chez C. humilis seront comparés avec ceux précédemment identifiés chez Phoenix dactylifera et Kerriodoxa elegans, ainsi qu'avec les espèces dioïques en cours d'analyse au sein de notre équipe. Cette comparaison couvrira trois niveaux : (i) Épigénétique - les niveaux de méthylation globale de l'ADN ; (ii) Éléments répétés ; et (iii) Macro- et micro-réarrangements entre ces génomes.

1) Identification des chromosomes sexuels et des gènes liés au sexe
Les pipelines de traitement des données génomiques développés par notre équipe (Tessarotto et al., 2025) seront utilisés pour identifier les chromosomes sexuels chez le palmier Chamaerops humilis. Les régions et gènes liés au sexe seront recherchés et identifiés à l'aide du logiciel SD-pop, une méthode probabiliste permettant d'inférer les polymorphismes liés au sexe à partir de données NGS d'individus mâles et femelles (Kafer et al., 2021). Le système sexuel le plus probable, XY ou ZW, sera déterminé. La reconstitution des haplotypes X et Y ou Z et W des gènes liés au sexe permettra d'étudier la divergence synonyme (dS) via des outils d'alignements multiples et d'analyses phylogénétiques.

2) Caractérisation des chromosomes sexuels
Les chromosomes sexuels des individus mâle et femelle seront caractérisés en termes de contenu en gènes et en éléments transposables Pour comparer les haplotypes X et Y, nous utiliserons le séquençage de dernière génération à partir de fragments d'ADN longs, via la technologie PromethION d'Oxford Nanopore Technologies (ONT). L'analyse des marques de méthylation extraites des données brutes de séquençage ONT permettra d'évaluer l'éventuelle régulation épigénétique de l'expression des gènes liés au sexe.

3) Expression différentielle des gènes liés au sexe
Afin d'explorer les voies de régulation associées à l'expression du sexe, des données transcriptomiques (RNA-seq) ont été générées à partir de d'inflorescences mâles et femelles. Ces données serviront à construire des réseaux de régulation génique incluant les gènes, les facteurs de transcription et les voies de signalisation, en mettant l'accent sur la signalisation hormonale à l'aide du logiciel DIANE (Cassan et al., 2021).

Connaissances en biologie, évolution, phylogénie, bioinformatique (niveau débutant), intérêt et motivation à développer des compétences en bioinformatique et en ligne de commande. Intérêt pour les manipulations en biologie moléculaire (extraction et séquençage d'ADN).