Mécanismes moléculaires et évolution du système d'auto-incompatibilité chez le pétunia // Exploring the molecular mechanisms and evolution of the self-incompatibility system in Petunia

Une grande partie des plantes à fleurs sont auto-incompatibles, ce qui signifie qu'elles se croisent obligatoirement
entre elles, alors qu'elles sont hermaphrodites et pourraient se reproduire par auto-fécondation. En effet, l'auto-
fécondation entraîne l'accumulation de mutations délétères à l'état homozygote (dépression de consanguinité) et
est en général contre-sélectionnée. L'auto-incompatibilité repose sur des mécanismes moléculaires variés,
permettant à la plante mère de détecter si le pollen qu'elle reçoit est son propre pollen ou non, avec toujours au
sein des espèces un grand nombre de groupes d'auto-incompatibilité (60-100) dont la spécificité est déterminée
par des gènes présents au locus S. Le système le plus étudié est un système de reconnaissance du soi dans la
famille des Brassicacées, dans lequel chaque plante produit un ligand mâle et un récepteur femelle qui
interagissent de manière spécifique, ce qui bloque la germination du pollen. Par opposition, le système
probablement ancestral d'auto-incompatibilité, représenté entre autres par le genre Petunia, repose sur la détection
du pollen du non-soi (qui est donc autorisé à germer), alors que le pollen du soi n'est pas reconnu et est dégradé
par défaut. Les acteurs moléculaires sont totalement différents de ceux du système ligand-récepteur des
Brassicacées : le pistil de pétunia exprime des S-RNAses toxiques pour le pollen, qui peuvent être détoxifiées par
un ensemble de protéines SLF exprimées par le pollen, chacune reconnaissant et dégradant une fraction des S-
RNAses de la population. Ce mécanisme, qualifié de « reconnaissance collaborative du non-soi », est encore mal
caractérisé. En particulier, comment un ensemble de protéines peut collectivement reconnaître une dizaine de
différentes S-RNAses dans une population, sans pour autant reconnaître sa propre S-RNAse, constitue une vraie
énigme d'interactions moléculaires. De plus, comment un nouvel haplotype S peut émerger dans ce contexte reste
incompris, et cette question pourrait être explorée par la reconstitution d'ancêtres de S-RNAses et SLF peu
divergents.
L'objectif du projet de thèse est d'explorer les mécanismes moléculaires de l'interaction spécifique entre les
SLF et les S-RNAses, et les processus évolutifs associés à l'émergence de nouveaux haplotypes S, par des
approches de biologie moléculaire, de biochimie et des expériences fonctionnelles en plante (pétunia). Cette
expertise sera apportée par la directrice de thèse, Marie Monniaux, chargée de recherche CNRS récemment
arrivée au laboratoire EEP. La.le candidat.e bénéficiera aussi de l'expertise d'autres membres du laboratoire en
génétique des populations, génomique et modélisation, et le projet pourra intégrer certains de ces angles en
fonction de l'intérêt du.de la candidat.e.
La.le candidat.e doit être titulaire d'un diplôme de master et avoir une solide expérience en biologie moléculaire et
végétale, et un intérêt marqué pour la biologie évolutive. Il/elle doit avoir de bonnes aptitudes de communication
orale et écrite et être prêt à travailler de manière indépendante ainsi que dans le cadre de projets collaboratifs.
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A large fraction of flowering plants are self-incompatible, meaning that they are obligate outcrossers
although they are hermaphroditic and could potentially reproduce by selfing. Forced outcrossing avoids
the deleterious effects of selfing, causing the accumulation of deleterious mutations at the homozygous
state (inbreeding depression). Self-incompatibility relies on different molecular mechanisms for the
mother plant to detect whether the pollen it receives is a self or a non-self pollen, and it always involves
a large number of incompatibility groups (60-100) within species, whose specificity is determined by
genes present at the S-locus. The most-studied is a self-recognition system in the family of Brassicaceae,
in which each plant encodes a male ligand and a female receptor that specifically interact, which blocks
self-pollen germination. In contrast, the likely ancestral self-incompatibility system, and represented
among others by the genus Petunia, relies on detecting non-self pollen and allowing it to germinate,
while self pollen is not recognized and is degraded by default. This involves a totally different set of
molecular actors than the ligand-receptor Brassicaceae system: the Petunia pistil expresses S-RNases
toxic for the pollen, which are detoxified by a set of SLF proteins expressed by the pollen, that each
recognize and degrade a fraction of non-self S-RNases in the population. This mechanism has been
described as a non-self collaborative recognition system and is yet poorly understood. In particular, how
a set of proteins is able to collectively recognize a dozen of different toxic S-RNAses within a
population, without recognizing their own S-RNase, is a molecular puzzle. Also, how a new S-haplotype
can emerge in this context remains an open question, which could be tackled by ancestral protein
reconstruction of closely-related S-RNAse and SLF proteins.
The PhD project aims to explore the molecular mechanisms for specific interaction between the
SLF and S-RNases proteins, and the evolutionary processes associated with the emergence of new
haplotypes, based on a combination of molecular biology, biochemistry and functional approaches
in Petunia plants. This expertise will be brought by the PhD director Marie Monniaux, a CNRS
researcher who recently joined the EEP lab. The applicant will also benefit from the expertise of other
members of the lab in population genetics, genomics and modeling, and the project could involve some
of these angles depending on the interests of the applicant.
The applicant should hold an MSc degree and have a strong background in molecular and plant biology,
with strong interest in evolutionary biology. We seek a motivated applicant with good oral and written
communication skills, able to work in autonomy and in collaborative projects.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

La.le candidat.e doit être titulaire d'un diplôme de master et avoir une solide expérience en biologie moléculaire et végétale, et un intérêt marqué pour la biologie évolutive. Il/elle doit avoir de bonnes aptitudes de communication orale et écrite et être prêt à travailler de manière indépendante ainsi que dans le cadre de projets collaboratifs.
The applicant should hold an MSc degree and have a strong background in molecular and plant biology, with strong interest in evolutionary biology. We seek a motivated applicant with good oral and written communication skills, able to work in autonomy and in collaborative projects.