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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Offres de stage - Master

Offres de stage - Master
L'équipe IPO (Interactions Plantes-Oomycètes) propose 2 offres de stages niveau Master

Moduler la résistance aux agents pathogènes de la plante modèle Arabidopsis thaliana par l'expression de variantes du récepteur IOS1.

Encadrant: Harald KELLER (harald.keller@inrae.fr) 04 92 38 65 94

Les oomycètes sont des agents pathogènes filamenteux dévastateurs pour l'agriculture et les écosystèmes naturels. En raison de caractéristiques physiologiques particulières, aucune stratégie efficace et durable contre ces agents pathogènes n'est actuellement disponible. Cependant, une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires qui sous-tendent les interactions plantes-pathogènes pourrait fournir des ressources pour le développement de nouvelles approches phytoprotectrices.

Le récepteur IOS1 de la plante modèle Arabidopsis thaliana favorise l'infection par des agents pathogènes filamenteux tels que les oomycètes [1, 2]. Il se compose d'un domaine de type malectine (MLD) et de répétitions riches en leucine (LRR), d'une région transmembranaire et d'un domaine kinase intracellulaire. Nous avons récemment montré que le MLD retient IOS1 dans le réticulum endoplasmique (ER) des cellules hôtes infectées pour atténuer une réponse au stress de l'ER appelée "unfolded protein response" (UPR). L'UPR est déclenchée par l'infection et interfère avec le développement de l'agent pathogène [3]. Alors que le domaine MLD de IOS1 favorise l'infection au niveau du RE (en réprimant l'UPR), le domaine kinase du récepteur stimule la signalisation immunitaire au niveau de la membrane plasmique [4]. Différents domaines du même récepteur semblent donc déclencher différentes réponses à l'infection dans différents compartiments de la cellule végétale.

L'objectif du stage proposé est d'étudier les conditions dans lesquelles les différents domaines de IOS1 pourraient être utilisés dans une approche biotechnologique pour créer une résistance artificielle des plantes. Toutes les expériences seront menées sur des lignées d'Arabidopsis de type sauvage, mutant et transgénique. L'objectif est d'analyser si la production de IOS1 sans MLD dans un fond génétique de mutant knock-out permet de récupérer une signalisation immunitaire fonctionnelle au niveau de la membrane plasmique (et une résistance à un pathogène bactérien) mais d'éviter au même temps la répression de l'UPR dans le RE (et de maintenir la résistance au pathogène oomycète). Les lignées transgéniques nécessaires ont été générées et sont actuellement en cours de sélection. Elles seront disponibles au début du stage.

Les étapes du stage sont les suivantes : (1) L'analyse moléculaire des lignées transgéniques exprimant le domaine kinase IOS1 dans le fond mutant. Cette étude fait appel à des méthodes de biologie moléculaire et cellulaire, ainsi qu'à la microscopie confocale. (2) L'évaluation de la sensibilité/résistance des lignées sélectionnées aux infections par la bactérie Pseudomonas syringae (Ps) et l'oomycète Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). Cette étude fait appel à des méthodes microbiologiques. (3) Une analyse de l'UPR et de la signalisation immunitaire dans les lignées de type sauvage, mutante et transgénique lors de l'infection par Ps et Hpa. Cette étude fait appel à des méthodes moléculaires telles que la PCR quantitative en temps réel sur l'ARNm retranscrit (RT-qPCR) pour analyser l'expression de gènes marqueurs. Ces objectifs viendront compléter notre compréhension du rôle de l'IOS1 dans les maladies des plantes.

Le stage permettra à l'étudiant de se familiariser avec une multitude d'approches (biotechnologie, biochimie, génomique fonctionnelle, génétique et microbiologie, immunologie, biologie moléculaire et cellulaire). L'étudiant bénéficiera d'un large éventail d'outils disponibles. 

1. Hok et al. (2011). An Arabidopsis (malectin-like) leucine-rich repeat receptor-like kinase contributes to downy mildew disease. Plant Cell Environ. 34, 1944-1957.

2. Hok et al., (2014). The receptor kinase IMPAIRED OOMYCETE SUSCEPTIBILITY1 attenuates abscisic acid responses in Arabidopsis. Plant Physiol. 166, 1506-1518.

3. Giordano L. (2019). Le récepteur IOS1 d'Arabidopsis thaliana : modulateur de l'homéostasie protéique du réticulum endoplasmique en réponse au stress biotique. Thèse de Doctorat, Université Nice-Côte d'Azur.

4. Yeh, Y.H. et al. (2016). The Arabidopsis Malectin-Like/LRR-RLK IOS1 is critical for BAK1-dependent and BAK1-independent pattern-triggered immunity. Plant Cell 28, 1701-1721.

Les flux ioniques racinaires sont-ils perçus par les oomycètes pour se diriger vers les racines et infecter les plantes ?

Encadrant : Agnès Attard (agnes.attard@ inrae.fr)  04 92 38 64 05
Les oomycètes sont des agents pathogènes majeurs des plantes qui affectent considérablement les cultures de tomates et d'autres Solanacées. Il importe donc de mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent les interactions plantes-oomycètes afin de proposer de nouveaux moyens de lutte adaptés et respectueux de l’environnement. Ces dernières années, il a été montré que les plantes et les micro-organismes établissent un dialogue moléculaire tout au long de l’infection. Dans le sol, les racines secrètent un ensemble de molécules qui peuvent servir de signal pour attirer les agents pathogènes. Dans ce contexte, nous étudions les interactions entre la plante modèle Arabidopsis thaliana et l’oomycète tellurique phytopathogène, Phytophthora parasitica afin de caractériser les signaux racinaires perçus par les oomycètes. P. parasitica émet des particules infectieuses (les zoospores) capables de nager dans le sol pour infecter les racines hôtes. Nous avons montré (i) que les zoospores sont sensibles à des variations de concentrations ioniques (ii) que les zoospores s’accumulent au niveau des zones d’élongation des racines pour l’infection et (iii) que les canaux à cation racinaires pourraient être impliqués dans la mise en place de la maladie. Aussi, le sujet de stage vise à déterminer comment les flux ioniques émis par les racines, en modifiant la rhizosphère, peuvent servir de signal pour attirer les zoospores et permettre l’infection.  Le sujet de MASTER s’articule autour de 3 questions scientifiques :

  1. Les canaux ioniques racinaires sont-ils impliqués dans la mise en place et le développement de la maladie ? A l’aide d’outils d’acquisition de vidéo (macroscope) et d’analyse d’images (image J), l’étudiant mesurera le comportement des zoospores autour des racines de 11 mutants dont les pompes à cations sont inactivées. Les mutants qui accumuleront plus ou moins de zoospores que la lignée sauvage seront analysés plus avant afin de caractériser l’impact sur le développement de la maladie.
  2. Comment les canaux ioniques racinaires participent aux variations de pH de la rhizosphère ? A l’aide de sondes à pH, il s’agira de déterminer des gradients de pH le long des racines des lignées sauvage et mutantes afin de déterminer s’il existe une corrélation entre le pH rhizosphérique et la zone d’accumulation des zoospores. L’étudiant mènera également une analyse cytologique de lignées marqueurs des pompes à protons (lignées GFP analysées au microscope confocal) afin de caractériser l’existence d’une corréler entre la répartition dans les cellules et les tissues des pompes et leur activité et les gradients de pH.
  3. Les protons sont-ils perçus par les zoospores et comment impactent-ils la répartition des particules infectieuses ? Les zoospores nageant librement seront exposées à diverses conditions de pH qui imitent celles définies lors de l'étude de l'interaction racines-zoospores (Questions 1 et 2). Il s’agira d'identifier quelles conditions favorisent in vitro l’immobilisation des zoospores en l’absence de plante.

L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce stage devraient permettre de déterminer s’il existe une corrélation entre le pH rhizosphérique ou les flux de cations, l’activité des pompes à cations et l’accumulation des zoospores autour de la racine lors de l’infection.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'un projet de recherche interdisciplinaire (PRO-ZOOM) qui réunit des biologistes des plantes (ISA) et des physiciens (INPHYNI) et financé par l'UCAJEDI IDEX. Les deux équipes abordent la même question scientifique en combinant des expériences de génétique des plantes, de cytologie et de physique. Au cours du stage, l'étudiant de MASTER élargira son champ de compétence grâce à des échanges réguliers avec l'étudiant de MASTER recruté à l'INPHYNI et qui abordera la question biologique avec une approche de microfluidique pour définir les forces physiques conduisant l'attraction des zoospores vers le zone d'élongation. 

  • Attard A, Gourgues M, Callemeyn-Torre N, Keller H. (2010) The immediate activation of defense responses in Arabidopsis roots is not sufficient to prevent Phytophthora parasitica infection. New Phytol. 187(2):449-460.
  • Attard A., Evangelisti E., Kebdani-Minet N., Panabières F., Deleury, Cindy Maggio, Michel Ponchet, Mathieu Gourgues. (2014) Transcriptome dynamics of Arabidopsis thaliana root penetration by the oomycete pathogen Phytophthora parasitica. BMC Genomics 29;15:538.
  • Le Berre J-Y, Gourgues M, Samans B, Keller H, Panabières F, Attard A (2017) Transcriptome dynamic of Arabidopsis roots infected with Phytophthora parasitica identifies VQ29, a gene induced during the penetration and involved in the restriction of infection. PLoSONE 12(12):e0190341.