Thèse Développement d'Une Boîte à Outils Crispr Hypercompacte et Multiplexable pour la Régulation de l'Expression de Gènes Impliqués dans l'Adaptation des Plantes à leur Environnement H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Laboratoire de recherche : BFP - Biologie du Fruit et Pathologie
Direction de la thèse : Christian CHEVALIER ORCID 0000000257276206
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59

Les plantes s'adaptent aux fluctuations environnementales limitant les stress biotiques et abiotiques en ajustant leurs réponses moléculaires à différents niveaux, notamment par la modulation de l'expression génique via la transcription et/ou des modifications épigénétiques, afin de maintenir leur développement et leur succès reproductif. L'amélioration des cultures, par l'optimisation des réponses des plantes aux signaux environnementaux favorables comme défavorables, constitue un enjeu majeur pour une agriculture plus résiliente. Elle requiert une approche intégrée et multicouche, ciblant la régulation des gènes par des combinaisons de modifications génétiques et épigénétiques précises.
Les récentes avancées dans les systèmes CRISPR-Cas, telles que le développement de nucléases hypercompactes, de variants catalytiquement inactifs, l'optimisation de l'architectures de l'ARN guide (gRNA) et l'utilisation de systèmes de recrutement d'effecteurs à multicomposantes, ont considérablement élargi le champ d'applications de ces technologies. Au-delà de la simple coupure de l'ADN, ces innovations permettent aujourd'hui une reprogrammation transcriptionnelle ciblée, incluant la modulation de l'expression génique, la méthylation de l'ADN et les modifications des histones. La modularité des systèmes CRISPR (multiplexage, édition orthogonale) permet aujourd'hui la régulation ou l'édition simultanée de multiples loci, faisant de CRISPR un outil de choix pour l'ingénierie de caractères complexes.
Néanmoins, la majorité de ces systèmes n'ont été validés que dans un nombre restreint d'espèces modèles, principalement Arabidopsis ou des organismes non végétaux, soulevant ainsi des interrogations quant à leur efficacité et leur transférabilité à une large diversité de cultures.
Ce projet de thèse a pour ambition de développer une boîte à outils CRISPR compacte, polyvalente et multiplexable, permettant une régulation précise et multicouche de l'expression génique en vue d'améliorer l'adaptation des plantes aux stress environnementaux.
Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants :
i) évaluer l'efficacité de l'édition du génome d'un large panel de nucléases compactes chez la tomate et Medicago ;
ii) convertir les nucléases les plus performantes en régulateurs transcriptionnels ;
iii) appliquer les outils développés afin de moduler l'expression de gènes clés connus pour améliorer la résilience au stress chez la tomate, puis évaluer les performances des plantes en conditions de stress.
En optimisant et en validant ces systèmes chez la tomate et Medicago qui représentent une diversité de gènes cibles, de types tissulaires et d'interactions environnementales positives et négatives, ce projet contribuera à ouvrir la voie à des stratégies d'amélioration de précision adaptées aux défis agroécologiques actuels et futurs.

L'adaptation des cultures aux stress environnementaux sont des défis majeurs pour la sécurité alimentaire mondiale. Une agriculture durable exige de remplacer les pratiques intensives (fertilisation azotée synthétique, irrigation, traitements chimiques) via l'utilisation de variétés végétales résilientes, capables de tolérer plusieurs stress simultanés (chaleur, sécheresse, salinité), mais aussi d'établir efficacement des interactions bénéfiques avec les micro-organismes pour assurer leur nutrition.
Les outils actuels d'édition du génome restent limités pour l'ingénierie de caractères complexes, car ils ciblent principalement des gènes individuels, sont conçus pour créer des pertes de fonction (KO), et sont mal adaptés à la diversité des espèces cultivées.
L'ambition de ce projet est de développer une nouvelle génération de régulateurs CRISPR polyvalents, compacts et multiplexables, permettant la modulation simultanée de plusieurs gènes à différents niveaux de régulation (génétique et épigénétique). Il vise à conférer aux cultures une tolérance durable à de multiples stress.

1.Évaluer l'efficacité des nucléases hypercompactes chez les plantes
Nous avons établi une liste de dix nucléases CRISPR hypercompactes à tester. Chaque nucléase sera optimisée pour l'usage des codons chez les plantes et évaluée pour son expression (Western blot), sa localisation nucléaire (microscopie confocale) et son activité de clivage de l'ADN (PCR multiplex et séquençage d'amplicon) dans des protoplastes de tomate et de Medicago. Nous évaluerons ensuite la spécificité et la capacité d'édition en multiplex des nucléases compactes sélectionnées.
2.Concevoir des régulateurs génétiques multi-couches
A partir des nucléases hypercompactes sélectionnées, nous générerons des variants catalytiquement inactifs (dNucléase) par mutagenèse dirigée par PCR et les fusionnerons à des effecteurs. Deux types d'outils de régulation seront développés : activateurs transcriptionnels (dNucléase-VP64) et répresseurs transcriptionnels (dNucléase-KRAB).
Chaque construction sera validée par des essais transitoires en protoplastes de tomate et de Medicago, en mesurant les transcrits des gènes cibles par RT-qPCR.
3. Appliquer la boîte à outils in planta pour la résilience au stress et la symbiose
Nous ciblerons des gènes clés chez la tomate contrôlant les réponses aux stress abiotiques. En utilisant des matrices de gRNA multiplex, nous transformerons les plantes avec soit des effecteurs uniques, soit des combinaisons d'activateurs/répresseurs pour réguler l'expression de ces gènes et les réseaux sous-jacents. Les lignées de tomate seront testées sous stress thermique/salin. Toutes les lignées seront évaluées pour l'expression génique des cibles et différents traits phénotypiques.