Thèse Rôle des Métaux Traces dans l'Interaction Entre Plante et Bactérie Phytopathogène du Genre Dickeya H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : INSA Lyon École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : MAP - MICROBIOLOGIE, ADAPTATION ET PATHOGENIE Direction de la thèse : Agnès RODRIGUE ORCID 0000000284738103 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Les maladies des plantes causées par des microorganismes représentent une menace croissante pour l'agriculture mondiale et la sécurité alimentaire. Parmi ces agents pathogènes, les bactéries du genre Dickeya sont des bactéries particulièrement préoccupantes, car elles sont émergentes, très virulentes et capables d'infecter les plantes dans des conditions variées, notamment dans le contexte du réchauffement climatique. Les maladies causées par ces bactéries ont entraîné d'importantes pertes économiques en Europe.Lors d'une infection, la plante offre différents niveaux de défense systémique mais elle peut aussi jouer sur la disponibilité des métaux traces dans les tissus. En effet, ces éléments sont indispensables à toute vie cellulaire mais deviennent toxiques s'ils sont présents en trop forte concentration. La plante peut effectuer une réallocation des métaux (comme le zinc, Zn, et le cuivre, Cu) dans ses tissus afin de limiter ou perturber le développement du pathogène.Ce projet de thèse vise à décrypter le rôle des métaux traces, en particulier le Zn et le Cu, dans l'interaction entre deux bactéries du genre Dickeya (D. solani et D. dadantii) et les plantes, en se focalisant sur deux axes complémentaires :Axe 1 : comprendre le rôle des métaux dans la physiologie et la virulence bactérienneNous étudierons Zur, le régulateur transcriptionnel majeur de l'homéostasie du zinc, dont le mutant chez D. solani et D. dadantii montre une sensibilité accrue au Zn in vitro et une virulence accrue sur tubercules de pomme de terre. La première hypothèse est que Zur permet à la bactérie de contourner la séquestration du Zn par la plante. La seconde hypothèse est que Zur pourrait aussi influencer directement l'expression de gènes liés à la virulence, comme montré dans des bactéries pathogènes humaines.En parallèle, nous utiliserons le RB-TnSeq pour identifier, de manière sans a priori, les gènes essentiels pour la survie de D. solani in vitro en présence ou en absence de Zn et Cu, ainsi que pendant l'infection de la plante. Cette approche permettra de découvrir de nouveaux acteurs (ex. : transporteurs, pompes à efflux) impliqués dans la gestion des métaux et la virulence.Axe 2 : étudier la bataille pour les métaux entre la plante et la bactérieNous évaluerons si la plante utilise la réallocation du Zn et du Cu comme stratégie de défense contre les Dickeya. Pour cela, nous combinerons : (i) L'imagerie nanoXRF à haute résolution (synchrotron ESRF) pour cartographier la distribution des métaux dans les tissus infectés ; (ii) Des souches fluorescentes et des fusions lux pour suivre en temps réel l'infection et l'expression de gènes régulés par les métaux ; (iii) La microfluidique pour étudier le chimiotactisme de D. solani et D. dadantii en réponse à des gradients de Zn/Cu.
Les travaux devraient permettre :i. de mieux comprendre le rôle de Zur et du zinc dans la virulence de Dickeya ;ii. d'identifier les gènes clés impliqués dans l'adaptation de la bactérie aux contraintes métalliques (Zn et Cu) ;iii. de montrer si la gestion des métaux par la plante constitue une défense active contre les bactéries pectinolytiques ;iv. de produire une vision globale du conflit plante-bactérie autour des métaux traces.L'idée centrale du projet est que les métaux traces, en particulier le zinc et le cuivre, jouent un rôle stratégique dans l'affrontement entre la plante et la bactérie. Cette thèse vise à mieux comprendre la virulence de D. solani et D. dadantii et à ouvrir de nouvelles pistes pour la protection des cultures. Les bactéries du genre Dickeya sont considérées comme émergentes, car elles se sont répandues dans toute l'Europe, entraînant d'importantes pertes économiques et de cultures, via les tubercules de semences, entraînant d'importantes pertes économiques et de cultures (4) (3). L'infection de la plante est provoquée par la synthèse de nombreux facteurs de virulence. Il s'agit notamment de flagelles, de pili, d'adhésines, de polysaccharides, de lipopolysaccharides, de transporteurs de nutriments, de systèmes de sécrétion mais aussi de pompes à efflux. Il peut également s'agir de facteurs de virulence extracellulaires tels que des enzymes dégradant la paroi cellulaire végétale (les PCWDE), des toxines, des effecteurs injectés, des sidérophores, etc (3). Face à l'infection, la plante dispose de plusieurs niveaux d'immunité. Le plus ancestral consiste en une réallocation des métaux traces (Fe, Zn, Cu, Mn). Les métaux sont de plus en plus reconnus comme étant essentiels à l'interface hôte-pathogène, en particulier le Zinc. Le Zn joue un rôle fondamental dans l'immunité nutritionnelle, qui repose essentiellement sur la séquestration ou le relargage des métaux par l'hôte (6). La protéine Zur est un élément clé de la défense bactérienne en ajustant les concentrations intracellulaires par la mise en place de systèmes d'import ou d'efflux du Zn. Zur ne contrôle pas seulement le trafic du Zn, il joue un rôle dans la pathogénie en modulant l'expression de différents gènes impliqués dans la virulence. Cependant, beaucoup d'études se concentrent sur le r^ple des métaux dans l'interaction bactérie pathogène/animal mais très peu d'études s'intéressent à l'importance des métaux dans l'interaction bactérie pathogène/plante, ce qui en fait un champ particulièrement intéressant à investiguer (7). Les objectifs du projet sont de décrypter le rôle des métaux traces (Zn, Cu) dans l'interaction entre Dickeya et les plantes, et plus particulièrement : (i) de comprendre le rôle de Zur et du Zn dans la physiologie et la virulence de D. solani et D. dadantii ; (ii) d'identifier les gènes bactériens essentiels pour la gestion des métaux in vitro et en cours d'infection ; (iii) de démontrer le rôle de l'immunité nutritionnelle chez la plante dans l'interaction Dickeya-Plante. Ce projet de thèse vise à décrypter le rôle des métaux traces, en particulier le Zn et le Cu, dans l'interaction entre deux bactéries du genre Dickeya (D. solani et D. dadantii) et les plantes Ce projet repose sur une approche pluridisciplinaire combinant génomique fonctionnelle, protéomique, imagerie haute résolution et suivi en temps réel de l'infection pour décrypter le rôle des métaux traces, notamment le zinc et le cuivre, dans l'interaction entre Dickeya solani et dadantii et la plante. L'objectif est d'intégrer les données obtenues à différentes échelles, à savoir moléculaire, cellulaire et tissulaire afin de proposer un modèle cohérent de la bataille pour les métaux entre la plante et la bactérie.Le premier axe consistera à exploiter les données in vitro de protéomique comparée de D. solani (souche sauvage vs mutant zur) déjà acquises au laboratoire d'accueil. Dans un premier temps, ces résultats seront à analyser par annotation fonctionnelle. Cela permettra de choisir des gènes candidats, régulés par Zur ou le Zn, potentiellement impliqués dans la virulence. Ensuite, ces gènes seront mutés et les souches résultantes testées pour leur pouvoir pathogène par infection de plants de pomme de terre. Cette stratégie sera appliquée à d'autres gènes connus pour être impliqués dans l'homéostasie du Cuivre, autre élément important de l'immunité nutritionnelle. Cette étude sera complétée par l'analyse du secretome par protéomique. L'analyse du protéome, effectué au laboratoire, a montré que l'expression de gènes impliqués dans la mobilité bactérienne et le chimiotactisme sont modulés par Zur. Les paramètres de nage et le chimiotactisme de Dickeya seront testés en système de microfluidique couplé à une acquisition vidéo. Ces expériences seront effectuées à l'ENS de Lyon en collaboration avec Laurence LemelleEn complément de cette approche ciblée sur le Zn et le Cu, une stratégie haut débit sera mise en oeuvre grâce au RB-TnSeq, une méthode innovante permettant de cribler l'ensemble du génome de D. solani et D. dadantii pour identifier les gènes essentiels à sa survie dans différentes conditions. Des banques de mutants barcodés seront générées et soumises à des environnements variables : milieux riches ou pauvres en zinc et en cuivre, ainsi que des conditions d'infection in planta à différentes étapes (intermédiaire et tardive). Les gènes identifiés comme critiques seront validés par la construction de mutants de délétion et des tests de compétition in planta, afin de confirmer leur rôle dans la virulence ou l'adaptation aux contraintes métalliques..Le deuxième axe portera sur la réponse de la plante et la dynamique de l'infection. Pour cela, un suivi en temps réel de l'infection in planta par des souches bactériennes fluorescentes (disponibles au laboratoire) est envisagé afin de mettre en évidence l'utilisation par la plante de la gestion et la réallocation des métaux comme système de défense. A ce marquage s'ajouteront des fusions transcriptionnelles avec les gènes rapporteurs lux sous le contrôle de promoteurs de gènes régulés par les métaux (Zn et Cu). Cette approche devrait mettre en évidence les phases de l'infection où se joue une bataille pour les métaux entre la bactérie et la plante. Ces expériences seront complétées par des analyses en microfluidique, qui permettront d'étudier finement le comportement bactérien en réponse à des gradients de métaux, offrant ainsi une vision dynamique des mécanismes de chimiotactisme et de colonisation. Enfin, des expériences d'imagerie des métaux aux rayons X à l'échelle nanométrique (nanoXRF) seront menés au synchrotron de Grenoble (ESRF). Cette technique permettra de cartographier avec une résolution subcellulaire la distribution du zinc et du cuivre dans les tissus végétaux infectés et non infectés. Les échantillons, préparés par cryofixation pour préserver leur intégrité, seront analysés à haute résolution afin de visualiser la réallocation des métaux au cours de l'infection. Ces données seront corrélées avec les résultats obtenus par protéomique et RB-TnSeq, afin d'établir un lien direct entre la présence de métaux, l'expression de gènes bactériens et la virulence. Par exemple, une accumulation de zinc dans certains tissus de la plante pourrait correspondre à une activation de la voie Zur chez la bactérie, ou à une surexpression de transporteurs de zinc identifiés par protéomique.

La personne recrutée devra avoir de solides connaissances et compétences en microbiologie et en génétique microbienne. Elle devra être capable de mener des études par bioinformatique de données issues d'expériences de protéomique et de RB-TnSeq, plus particulièrement, l'annotation fonctionnelle. La connaissance des mécanismes d'interaction entre les bactéries phytopathogènes et les plantes sera un plus.