Etude des mécanismes de la tolérance à la dessiccation et à la congélation des graines d’agrumes

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

La thèse se déroulera à la station INRAE de San Giuliano au sein de l’équipe Agap mais associera également les laboratoires de chimie et biochimie de l’Université de Corse (Corte). Cette collaboration permet d’associer des compétences complémentaires entre les différentes équipes sur des enjeux scientifiques et économiques locaux à portée internationale comme par exemple la conservation sécurisée des ressources génétiques.

1°) Présentation des aspects scientifiques du projet de thèse
Le maintien de la viabilité des semences d'agrumes dans le temps est essentiel pour répondre aux besoins de conservation à court terme (quelques mois) des producteurs de semences commerciales et des sélectionneurs. Le stockage des semences à une température relativement basse (2-5°C) avec un traitement fongicide approprié et un séchage relativement modéré s'est avéré adéquat pour le maintien à court terme (Mungomery et al., 1967 ; Button et al., 1971 ; Soost & Cameron, 1975 ; Honjo & Nakagawa, 1978 ; Mobayen, 1980 a, b). Ce maintien à court terme est adapté à la production de semences de porte-greffes d'agrumes, pour combler le fossé entre la période de récolte et la période de semis. Lors de la formation des graines après la fécondation, de nombreuses espèces ou génotypes d'agrumes ont la particularité de produire des embryons somatiques qui permettent une propagation clonale. Les porte-greffes d'agrumes sont amplifiés de manière clonale par semis de graines polyembryonnées (Castle, 1987). Le maintien de la viabilité à long terme des semences est une nécessité pour la conservation ex situ des ressources génétiques d’agrumes, pour laquelle une méthode efficace et peu coûteuse de conservation à long terme est nécessaire. De nombreuses recherches et avancées en matière de stockage ont été réalisées principalement sur les espèces cultivées d'agrumes. La technique ex situ à long terme la plus prometteuse semble être la cryoconservation des semences et elle est considérée comme l'option la plus sûre pour prévenir la perte de viabilité des semences (Lambardi et al 2004, Hor et al 2005, Makeen et al 2005).

La compréhension du comportement de stockage des semences dépend de la connaissance de la taxonomie de l'espèce, de l'écologie de la plante et des caractéristiques des semences (Hong et Ellis 1996). Les agrumes sont classés parmi les espèces à graines intermédiaires car ils peuvent supporter une déshydratation partielle, mais ils ne peuvent pas être stockés dans les conditions conventionnelles des banques de gènes car ils sont sensibles au froid et la dessiccation n'augmente pas leur longévité (Ellis et al. 1990, Vertucci et Farrant 1995). Le contrôle de l'humidité est un élément clé pour la congélation des semences d'agrumes (Hor et al. 2005). La limite de déshydratation pour la congélation dans l’azote liquide des semences d'agrumes correspond à la teneur en eau non congelée dans le tissu, ce qui confirme que la survie des semences dépend strictement de la prévention de la formation de glace intracellulaire (Graiver et al. 2010). Des teneurs en eau comprises entre 10 et 20 % (sur la base du poids frais) sont souvent optimales pour la survie à la congélation (Engelmann 2004). La tolérance à la dessiccation des semences varie au sein des espèces d'agrumes et entre elles, d'orthodoxes à récalcitrantes (Hong et Ellis 1995, Flynn et al. 2004).

Les dommages causés par les basses températures et la déshydratation des cellules végétales peuvent être irréversibles et entraîner la mort des cellules en fonction de l'intensité du stress (Kacperska, 2004). L'eau est un élément essentiel au maintien de l'intégrité de la membrane cellulaire. En effet, une carence en eau entraîne une modification de la structure phospholipidique de la bicouche lipidique, ce qui conduit à une fuite d'électrolytes vers le milieu intercellulaire (Leopold et Vertucci, 1989). Cette fuite, avec la diminution de la teneur en eau relative des cellules, conduit à une perte de turgescence des cellules (Campos et al., 2003).

De nombreuses études sur la tolérance à la dessiccation (DT) des semences ont été réalisées sur des cultivars d'agrumes, mais il existe une variabilité considérable entre les teneurs en eau de sécurité les plus faibles des semences lorsque l'on compare différentes études. La viabilité varie considérablement d'une étude à l'autre pour une même espèce et une teneur en eau ou des conditions de séchage équivalentes. Chez C. aurantium, par exemple, la viabilité est de 25 % pour une teneur en eau (WC) de 13,8 % (Khan et al. 2003), de 40 % pour une teneur en eau de 14,4 % (King et al. 1981) et de 80 % pour une teneur en eau de 10 % (Lombardi et al. 2004). Des écarts aussi importants sont observés chez le citron (C. limon) : 1 % pour un WC de 10 % (Marques et al. 2019), 85 % pour un WC de 7,5 % (Hong et al. 2001) et 90 % pour un WC de 10,3 % (Orjuela-Palacio et al. 2019). Ces différences de viabilité entre les études ne peuvent pas être entièrement expliquées par la diversité variétale de ces 2 espèces, car il a été montré que leur diversification s'est faite principalement par mutations et que la sélection humaine a surtout retenu de nouveaux phénotypes sur les caractères des fruits tels que la couleur, la forme, la taille, la composition du jus et l'absence de graines (Curk et al. 2016 ; Ferrer et al. 2021). Chez les espèces ancestrales, en revanche, le croisement sexuel est à l'origine de la diversification variétale, générant plus de diversité génétique que la mutation (Ollitrault et Luro, 2001). Il est donc normal d'observer une diversité de viabilité des graines séchées entre les variétés de C. maxima (Saipari et al. 1998, Wen et al. 2010).

Différents auteurs ont proposé une catégorisation des graines de citron allant d'orthodoxes (King et al. 1981) et d'intermédiaires à récalcitrantes (Hong et al. 2001 ; Marquez et al. 2019). La définition de la tolérance à la dessiccation est basée sur la capacité des graines à ne pas perdre leur viabilité en dessous de 10% de teneur en eau (Alper, 2005). Walters (2015) a rapporté que la limite inférieure de la teneur en eau seuil avant blessures pour les graines intermédiaires est de 15%.

Diverses approches méthodologiques seront employées :

Génétiques : Repérer les locus (QTLs) impliqués dans le contrôle de la tolérance à la dessiccation et à la cryogénie par une analyse de l’hérédité des taux de germination des hybrides issus d’un croisement Clémentine x Pomelo (sensible x tolérant) et leur positionnement sur une carte génétique. Puis, grâce à la séquence de référence du génome des agrumes, repérer / identifier les gènes localisés dans les QTLs.

Génomiques : A partir de variétés sensibles (Poncirus, Kumquats, citranges et orangers) et résistantes (volkameriana, limes, citronniers, cédratiers) à la dessiccation, repérer les gènes différentiellement exprimés lors de la dessiccation des graines par le séquençage des ARN messagers.

Biochimiques : Mesurer le degré de stress oxydant et les mécanismes cellulaires de détoxication chez les agrumes présentant les deux comportements opposés, sensible et résistant, tels que présentés dans l’approche génomique.

2°) Présentation des enjeux de la thèse

Le maintien des ressources génétiques d’une espèce comme les agrumes est essentiel pour subvenir aux besoins futurs de l’agrumiculture corse qui devra faire face à de nombreuses contraintes liées au changement climatique (stress hydrique, élévation des températures et des radiations, maladies…). Par ailleurs, le marché international des agrumes est très compétitif et la filière corse peut tirer son épingle du jeu par le maintien d’une qualité supérieure par rapport aux agrumes d’autres origines et la production de variétés innovantes. Face à ces challenges, la collection d’agrumes de San Giuliano peut apporter des solutions notamment par le choix des variétés porteuses de traits bénéfiques et en sélectionnant les combinaisons favorables dans les croisements issus de ces présélections.

Dans un tel contexte, cette collection en verger ne peut être la seule forme de conservation car trop exposée aux aléas. Pour sécuriser son maintien sur le long terme, il faut aussi mettre en place une conservation sous forme congelée (dans l’azote liquide) qui la protégera des accidents climatiques et des attaques de pathogènes ad vitam aeternam et pour un coût peu onéreux comparativement à la collection verger. La sensibilité des graines à la congélation (l’orthodoxie) est variable selon l’espèce chez les agrumes. Cette thèse vise à comprendre les mécanismes qui régissent la tolérance à la dessiccation et à la cryogénisation des graines des agrumes par des approches génétiques, génomiques et biochimiques afin de développer des méthodes de préparation des graines adaptées à chaque espèce et plus particulièrement pour celles présentant une sensibilité au séchage. L’objectif est donc d’identifier les métabolites secondaires et les protéines impliqués dans le maintien de la capacité germinative pendant la phase de dessiccation et de congélation des graines.

Cette thèse mettra en complémentarité les compétences de l’INRAE de San Giuliano (biologie, génétique et génomique) et de l’Université de Corse Pasquale Paoli (UMR SPE, projet Ressources Naturelles, axe Adaptation des Végétaux aux changements globaux) pour répondre aux questions de recherche. Par ailleurs, l’INRAE de San Giuliano pourra bénéficier de son réseau de collaborations extérieures, telles que les plateformes techniques (Génomique AGAP Montpellier et métabolomique INRAE Bordeaux) et autres équipes travaillant sur le même sujet (IRD Montpellier, USDA Fort Collins Colorado, USA) pour développer des stratégies de recherche innovantes et aboutir à des solutions durables.

déplacements entre Corte et San Giuliano

déplacements ponctuels sur Bordeaux et Montpellier

Formations et compétences recherchées

Master/Ingénieur (Bac+5)

Connaissances théoriques et/ou pratiques d’au moins un des domaines suivants (plus d’un vivement souhaité) :

Biochimie du végétal,

génétique mendélienne & quantitative,

génomique,

Autonomie, sens de l’organisation et rigueur méthodologique sont indispensables, de même qu’un niveau d’anglais correct tant écrit qu’oral.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :
- jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
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- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

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Les personnes accueillies à INRAE, établissement public de recherche, sont soumises aux dispositions du Code de la fonction publique notamment en ce qui concerne l’obligation de neutralité et le respect du principe de laïcité. A ce titre, dans l’exercice de leurs fonctions, qu’elles soient ou non au contact du public, elles ne doivent pas manifester leurs convictions, par leur comportement ou leur tenue, qu’elles soient religieuses, philosophiques ou politiques. > En savoir plus : site fonction publique.gouv.fr