Thèse Identification des Déterminants Génétiques de Traits Racinaires Impliqués dans la Tolérance à la Sécheresse chez le Sorgho 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 : Alexandre GRONDIN ORCID 0000000167266274 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 Ce projet vise à identifier les bases génétiques des traits racinaires impliqués dans la tolérance à la sécheresse post-floraison chez le sorgho. La taille des vaisseaux de métaxylème influence la transpiration et l'utilisation de l'eau, mais son rôle dans la tolérance à la sécheresse reste peu étudié chez le sorgho. L'étude se concentrera sur des populations BCNAM issues de croisements entre lignées élites et génotypes donneurs de traits de tolérance à la sécheresse.

Les objectifs sont d'identifier des QTLs contrôlant la surface et le nombre des vaisseaux de métaxylème, d'identifier les gènes candidats sous-jacents et d'initier leur caractérisation fonctionnelle. Deux populations issues de parents contrastés pour ce trait ont été cultivées au Sénégal et phénotypées pour leur anatomie racinaire. L'analyse de ces données permettra d'évaluer la variation pour les traits reliés au métaxylème dans ces populations et servira pour une analyse QTL. Des analyses transcriptomiques permettront d'affiner la sélection des gènes candidats. Des approches de génomique fonctionnelle seront menées sur des plantes modèles (Arabidopsis, riz) et/ou des mutants de sorgho.

Les résultats attendus incluent l'identification de QTLs et gènes régulant les traits de métaxylème, ainsi que la caractérisation de la tolérance à la sécheresse de lignées présentant des tailles de vaisseaux de métaxylème contrastées. Ce projet contribuera à l'amélioration variétale du sorgho face au changement climatique.
Les céréales jouent un rôle essentiel dans la sécurité alimentaire mondiale, mais leur production est fortement affectée par le changement climatique. Parmi les principales contraintes, l'augmentation de la fréquence des épisodes de sécheresse sévère a un impact majeur. Le sorgho, l'une des céréales les plus tolérantes à la sécheresse, constitue une culture clé pour la sécurité alimentaire dans les zones semi-arides en Afrique de l'Ouest et en Inde. De plus, en raison de ses propriétés agronomiques et technologiques, il est envisagé comme une alternative pour diversifier le portefeuille de cultures en Europe.

La tolérance au stress hydrique présente une grande variabilité au sein du sorgho. Bien que certains génotypes donneurs de traits associés à la tolérance à la sécheresse aient été identifiés, les mécanismes physiologiques et génétiques sous-jacents restent encore mal compris. Les racines jouent un rôle déterminant dans l'acquisition de l'eau et le maintien de la continuité hydraulique entre la plante et le sol en conditions de stress hydrique, influençant ainsi l'hydraulique de la plante et son utilisation de l'eau.

Des résultats récents obtenus par l'unité DIADE suggèrent que la taille des vaisseaux de métaxylème des racines influence la tolérance à la sécheresse en modulant la transpiration chez le mil perlé. Toutefois, chez le sorgho, les connaissances sur la contribution de ce trait au contrôle de l'utilisation de l'eau par la plante, sa base génétique et son rôle dans la tolérance à la sécheresse après la floraison restent limitées. L'équipe d'accueil a obtenu un financement de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour développer un projet visant à élucider les bases génétiques des traits racinaires (architecture, anatomie et rhizodéposition) impliqués dans la tolérance à la sécheresse après la floraison chez le sorgho (projet SorDrought ; Laurent Laplaze, UMR DIADE). L'objectif de ce projet de thèse est d'identifier les bases génétiques du contrôle de la taille des vaisseaux de métaxylème dans les racines, contribuant potentiellement à la tolérance à la sécheresse après la floraison chez le sorgho. L'étude se focalisera sur la sécheresse post-floraison, car il s'agit de la contrainte majeure dans les contextes européens et ouest-africains.

Les objectifs spécifiques sont :
- Identifier les loci de caractères quantitatifs (QTLs) contrôlant la surface et le nombre des vaisseaux de métaxylème des racines,
- Evaluer l'impact de ces QTLs sur la tolérance au stress hydrique,
- Identifier les gènes candidats associés à ces QTLs en combinant biologie moléculaire et science des données,
- Initier la caractérisation fonctionnelle des gènes candidats. L'étude s'appuiera sur des populations de cartographie génétique (BackCross Nested Association Mapping ; BCNAM) déjà séquencées et issues de croisements entre trois lignées élites et 32 donneurs possédant des traits agronomiques d'intérêt, incluant la tolérance à la sécheresse. Ces populations permettront d'explorer la diversité génétique du sorgho tropical pour les traits reliés au métaxylème et d'identifier rapidement des QTLs associés à ce trait pour l'amélioration de la tolérance à la sécheresse.

Deux sous-populations BCNAM (100 lignées BC1F4 chacune), issues de parents contrastés pour la taille du métaxylème racinaire (déjà identifiés), seront étudiées. Ces populations ont été caractérisées pour les traits de métaxylème au champ à Bambey (Sénégal) entre septembre et décembre 2025. Le système racinaire de trois plantes a été échantillonné afin de mesurer la taille et le nombre des vaisseaux de métaxylème par Tomographie après Ablation Laser (LAT). Les images obtenues seront analysées via un logiciel d'analyse d'images existant, développé par un procédé d'apprentissage profond.

Les données phénotypiques seront croisées avec les données génotypiques pour réaliser des analyses de QTLs. Les effets des QTLs seront estimés en considérant les relations de parenté et les haplotypes ancestraux afin de localiser les régions génomiques associées aux traits reliés au métaxylème et d'identifier l'origine des allèles influents. Les séquences génomiques complètes (WGS) des parents BCNAM, déjà disponibles, seront utilisées pour affiner la densité du génotypage par imputation et améliorer la résolution de la cartographie des QTLs.

Des lignées BCNAM possédant ou non le(s) QTL(s) dans un fond génétique identique seront utilisées pour mieux caractériser l'impact de ces QTLs sur les mécanismes de tolérance au stress hydrique. Nous utiliserons une plateforme lysimétrique disponible à l'IRD pour étudier, chez ces lignées, la régulation de la transpiration dans différents scenarios de stress hydrique. Des expériences au champ pourront également être réalisées.

Dans les régions QTLs identifiées, une analyse des gènes candidats sera menée. Une étude de l'expression génique en réponse à la sécheresse sera réalisée par RNA-seq sur les racines de quatre lignées contrastées de la population BCNAM pour un maximum de trois QTLs. Les données de séquençage seront utilisées pour analyser les niveaux d'expression des gènes et rechercher d'éventuelles modifications dans l'épissage. Par ailleurs, les séquences génomiques complètes des parents (couverture 30X, disponibles à l'Institut AGAP) permettront d'intégrer des informations sur la structure des gènes et l'expression afin de restreindre la liste des gènes candidats. D'autres approches consistant à exploiter des bases de connaissances de type AgroLD ou basées sur l'étude des signatures de sélection pourront être envisagées pour cibler les gènes candidats les plus intéressants.

Enfin, une analyse fonctionnelle des gènes candidats sera initiée dans des plantes modèles (Arabidopsis ou riz). Des orthologues des gènes d'intérêt seront recherchés, et des mutants disponibles dans les bases de données seront analysés. Si aucun mutant n'est disponible, des lignées mutantes seront générées par édition génomique CRISPR/Cas9. Ces expériences permettront d'obtenir des premiers éléments sur la fonction des gènes candidats. Des mutants de sorgho issus de collections TILLING seront également explorés.

Étudiant.e titulaire d'un Master ou équivalent en génétique ou biologie des plantes motivé.e par l'étude des mécanismes d'adaptation des plantes aux contraintes environnementales ayant des bases théoriques solides en biologie végétale et génétique.

Bonnes bases en statistiques.
Sens du travail d'équipe et rigueur.
La thèse inclut potentiellement du travail de terrain au Sénégal