Sujets de thèse 2024 :

• Vulnérabilité des fruitiers aux gelées tardives : interaction génotype x environnement

Contact : guillaume.charrier@inrae.fr

Contexte : Ces dernières années, les gelées tardives ont eu un impact majeur sur les cultures fruitières en raison de la concomitance d'un risque (chute de température), d'une exposition (température basse des organes et nucléation de la glace) et d'une vulnérabilité élevée (résistance au gel). Afin de survivre à l'hiver sans dommages, les plantes doivent simultanément suspendre leur croissance et augmenter leur tolérance au gel. La vulnérabilité au gel peut être simulée pour prédire le risque de gel.

En utilisant un verger observatoire phénologique unique (DIVAE), cette thèse caractérisera les traits phénotypiques et leur plasticité chez quatre espèces fruitières majeures (abricot, cerise, pêche et pomme). La caractérisation des réponses de ces différentes espèces et variétés dans des environnements variés permettra de définir les caractères pertinents ainsi que leur plasticité afin de définir des idéotypes adaptés aux environnements actuels et futurs dans différents bassins de production actuels et potentiels. L'objectif principal de la thèse sera de développer un modèle de prévision du risque de gel en intégrant des données relatives au cycle phénologique, à la tolérance au gel et à la propagation de la glace dans les bourgeons.

Le candidat cherchera à mesurer les composantes génétiques (inter- et intra-spécifiques) et environnementales et leur interaction dans la vulnérabilité au gel tardif. L'objectif principal de la thèse sera de développer un modèle de prévision du risque de gel en intégrant des données relatives au cycle phénologique, à la tolérance au stress gélif, à la localisation et à la propagation de la glace lors des gelées.

• Effet du couvert arboré sur le microclimat : un outil d’atténuation des effets du changement climatique

Contacts : philippe.malagoli@uca.fr, philippe.balandier@inrae.fr

Contexte : L’atténuation et l’adaptation au réchauffement climatique impose de proposer de nouvelles pratiques pour réduire la vulnérabilité de nos systèmes de productions. L’introduction ou le maintien d’arbres dans nos écosystèmes est un des leviers possibles. Le couvert arboré a en particulier un effet tampon sur le microclimat au sein de l’écosystème considéré : réduction des pics de chaleur, réduction de la demande climatique en eau, protection contre les gelées tardives. Cependant, l’amplitude de cet effet tampon dépend de la structure du couvert arboré : agencement dans l’espace des arbres, des espèces, de leur densité).  Cette structure a en retour une nette influence sur la disponibilité des ressources (lumière, eau, azote) au sein des écosystèmes.
Objectif : L’objectif de la thèse est d’identifier les structures du couvert arboré qui permettent d’optimiser la disponibilité en ressources et le microclimat au sein des écosystèmes arborés (forestiers, agroforestiers) afin de concevoir et optimiser des écosystèmes cultivés plus résilients à la contrainte climatique.
Démarche : La thèse reposera sur une double approche. D’une part étudier in vivo différentes structures arborées et leurs conséquences sur le microclimat et la disponibilité en ressources. D’autre part, comme il est quasiment impossible de tester in vivo de multiples structures arborées, en particulier adultes, l’outil de modélisation sera mobilisé pour les étudier de façon théorique in silico.

Démarche : La thèse reposera sur une double approche. D’une part étudier in vivo différentes structures arborées et leurs conséquences sur le microclimat et la disponibilité en ressources. D’autre part, comme il est quasiment impossible de tester in vivo de multiples structures arborées, en particulier adultes, l’outil de modélisation sera mobilisé pour les étudier de façon théorique in silico.

Sujets de thèse 2022 :

L’Ecole Doctorale des Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement ouvre des sujets de thèse au concours 2022. L'ensemble des sujets, ainsi que les modalités du concours se trouvent sur le site de l'école doctorale.

Le PIAF a 4 sujets de recherches retenus pour 2022 :

• Modélisation des effets de la structure du couvert arboré sur la disponibilité en eau, en éléments minéraux et le microclimat.

Contacts : philippe.malagoli@uca.fr, philippe.balandier@inrae.fr, marc.saudreau@inrae.fr

La structure du couvert arboré a une nette influence sur la disponibilité des ressources (lumière, eau, azote) au sein des écosystèmes arborés naturels ou cultivés. Cette structure induit des propriétés émergentes météorologiques et microclimatiques qui peuvent influencer les interactions fonctionnelles entre les différentes strates végétales les composant (Gaudio et al., 2017). Pour optimiser et prédire l’évolution de différents services écosystémiques de ces écosystèmes (microclimat, production, efficience d’utilisation des ressources), il est nécessaire de prendre en compte les interactions multistrates. L’hypothèse testée serait qu’il existe une (des) structure(s) arborée(s) (ni trop ouvertes, ni trop fermées, étagées) qui permettent d’optimiser ces différentes fonctions sous différentes hypothèses de forçage climatique. L’idée est, sur la base d’une ou deux études de cas sur le terrain, de paramétrer et valider un modèle afin de tester in silico l’effet de différentes structures arborées de complexité croissante. La thèse reposera sur la plateforme de modélisation Capsis, déjà utilisée par l’équipe et dans laquelle des modèles multistrates candidats existent déjà mais qui nécessiteront des développements.

Gaudio N, Gendre X, Saudreau M, Seigner V, Balandier P. 2017. Agricultural and Forest Meteorology, 237–238: 71-79.

• Etude de la dynamique de la réponse transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du Peuplier noir à une carence hydrique

Contacts : philippe.label@inrae.fr, aurelie.gousset@uca.fr, Boris.FUMANAL@uca.fr

Les modélisations des changements climatiques à venir prédisent un réchauffement global en Europe occidentale associé à une augmentation de la fréquence et de la sévérité d’événements climatiques extrêmes. Dans ce contexte, l'exploration de la réponse des végétaux face à la carence hydrique prend toute son importance en termes de maintien de production voire de survie des individus dans leur aire naturelle.

Le peuplier noir, est un modèle d’étude des végétaux ligneux par la communauté scientifique (croissance rapide, génome séquencé et annoté, etc.). Une première étude réalisée à l’UMR PIAF sur différents génotypes de peupliers noirs contrastés (stratégie tolérante ou évitante) a permis d’identifier et d’analyser le rôle de la plasticité physiologique en lien avec leur stratégie de réponse à la sécheresse. L’objectif de cette thèse est de mettre en évidence le réseau de régulation des gènes transcrits impliqués dans la réponse du peuplier noir à la sécheresse. Pour cela, une analyse transcriptomique des ARN et microARN en cinétique sera réalisée sur des feuilles de peupliers noirs de stratégies contrastées soumis à une carence hydrique progressive. Une attention particulière sera portée au réseau de régulation des gènes codant les aquaporines et à la localisation tissulaire de l’expression des gènes candidats. Cette étude permettra in fine de décrypter les mécanismes moléculaires clés de la réponse des arbres à la sécheresse.

Garavillon-Tournayre et al. 2018. Integrated drought responses of black poplar: How important is phenotypic plasticity? Physiol. Plant. 163(1):30-44

• Elucider les processus de mortalité cellulaire induite par la déshydratation et leur relation avec la défaillance hydraulique.

Contacts : stephane.herbette@uca.fr, josemanuel.torresruiz@inrae.fr

La défaillance hydraulique du xylème a été identifiée comme un facteur omniprésent dans le déclenchement de la mortalité des arbres induite par la sécheresse. Elle se traduit par le blocage du transport de l'eau des racines vers les feuilles, conduisant une dessiccation accélérée des tissus en aval. Pourtant, le lien mécanistique entre la défaillance hydraulique et les dommages cellulaires induits par la sécheresse est encore inconnu. La thèse proposée vise à élucider ce lien pour améliorer nos prédictions sur la mortalité des arbres induite par la sécheresse  en se focalisant sur trois objectifs:

- Analyser le lien entre la mortalité cellulaire et la capacité de la plante à récupérer après la sécheresse.

- Tester la relation entre la mortalité cellulaire et la défaillance hydraulique chez des espèces ayant différentes stratégies de résistance à la sécheresse.

- Evaluer l'effet de la dynamique de la sécheresse sur les différents processus conduisant à la mort cellulaire.

Le doctorant sera formé à des techniques nouvelles et variées pour évaluer la variation du fonctionnement hydraulique des plantes, les dommages cellulaires et la capacité de récupération chez différentes espèces de plantes exposées à différentes conditions de sécheresse.

- Mantova M, Herbette S, Cochard H & Torres-Ruiz JM. 2022. Hydraulic failure and tree mortality: From correlation to causation. Trends in Plant Science

- Lemaire C, Blackman CJ, Cochard H, Menezes-Silva PE, Torres-Ruiz JM & Herbette S. 2021. Acclimation of hydraulic and morphological traits to water deficit delays hydraulic failure during simulated drought in poplar. Tree Physiology 41, 2008-2021.

•  Réponses de la coiffe racinaire à un changement de l’impédance du sol.

Contact : valerie.legue@uca.fr

Les racines des plantes sont continuellement confrontées à des contraintes mécaniques dues aux conditions édaphiques changeantes dans l’espace et le temps (compaction, stress hydrique..).

Bien que l’ensemble de la racine soit en contact avec le sol, de nombreuses études ont mis en évidence l’importance de la coiffe, localisée à l’extrémité de la racine, dans la perception et l’intégration des facteurs édaphiques. Nos analyses de la dynamique de la croissance racinaire dans un sol-modèle, suggèrent que la coiffe est une zone clef dans la perception du signal mécanique (Roué et al., 2020). L’objectif de la thèse est de décrypter les mécanismes de transduction en réponse à un force axiale dans les racines d’Arabidopsis. Nous proposons de mener une démarche interdisciplinaire en associant les approches physique avec celles de biologie. Dans une première étape, nous analyserons finement la déformation des cellules de l’apex racinaire et ceci à partir d’images 3D, obtenues avec un microscope à feuillet de lumière (SPIM pour Selective Plane Illumination Microscopy), disponible au laboratoire. A la suite, nous ciblerons les acteurs clés intervenant dans mécanismes de transduction induit par les déformations. Nos études porteront les ROS et les jasmonates. Chez les plantes, un certain nombre de canaux ioniques mécanosensibles ont été identifiés dont les familles de canaux MSL, OSCA , MCA et plus récemment PIEZZO et pour lesquelles nous porterons une analyse particulière via le phénotypage de mutants.

Roué J., et al, 2020. Root cap size and shape influence responses to the physical strength of the growth medium in Arabidopsis thaliana primary roots. J. Exp. Bot., 71, 126–137. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02394664.