Approche globale pour prédire les interactions entre les sols, les plantes et le climat grâce à l'analyse métabolomique : le cas de l'écosystème du thymus.

Ce projet de thèse a plusieurs objectifs. Tout d'abord, d'un point de vue écologique, il sera important de savoir (i) comment les contraintes pédoclimatiques peuvent déclencher des réponses écophysiologiques adaptatives conduisant à des changements dans l'expression du génome et par conséquent dans les signatures chimiques des métabolomes des différents chémotypes de Thymus vulgaris et donc (ii) en utilisant une approche de modélisation mathématique, ce projet vise à prédire l'évolution des espèces étudiées face aux changements climatiques menaçant la biodiversité des communautés floristiques de l'écosystème méditerranéen, et à appliquer ce modèle à d'autres espèces végétales telles que Salvia Rosmarinus. Cet aspect écologique nous permettra de comprendre les réponses écophysiologiques des espèces aromatiques aux changements climatiques via leurs signatures phytochimiques qui peuvent ensuite conduire à différentes interactions biotiques à l'échelle de l'écosystème (allélopathie, plantes-pollinisateurs...).

Pour la réalisation de ces objectifs, le doctorant recruté pourra travailler sur trois volets : Premièrement la caractérisation des conditions pédoclimatiques puis l’analyse métabolomique et enfin le traitement chimiométrique.

Le premier objectif de la thèse sera de caractériser les conditions pédoclimatiques pour fournir la meilleure description possible du contexte pédologique afin de mieux comprendre les interactions sol-plante et les contrastes climatiques à différentes échelles (régionale, locale et micro-locale). A cette fin, les sols seront caractérisés par des analyses physico-chimiques (carbone et azote total, Corg, CaCO3, pH, conductivité, granulométrie, principaux cations) et microbiennes (respiration et biomasse microbienne). En outre, la signature chimique du sol sera évaluée par spectroscopie FTIR, un outil très performant pour caractériser les fractions organiques et minérales. Pour définir les conditions climatiques, deux approches seront envisagées : i) des données sur les conditions climatiques au cours des trois dernières décennies seront collectées à l'aide des stations de Météo France proches des sites sélectionnés, ii) les conditions climatiques microlocales, la température et l'humidité, seront surveillées pendant toute la durée de l'étude dans chaque site d'échantillonnage à l'aide de sondes in situ. Ce travail bénéficiera également des données climatiques acquises dans les deux observatoires depuis leur mise en place (20 ans).

Le travail de thèse se poursuivra par l'analyse non ciblé du métabolome (ensemble des métabolites produits par un organisme) permettant à la fois d'identifier et de quantifier des métabolites d'intérêt intrinsèque, ou qui reflètent une activité biologique d'intérêt à un moment donné (adhésion, communication, mécanismes de défense ou de résistance, protection contre les métaux et les biocides, etc.). Les données obtenues à partir des analyses métabolomiques sont d'une grande utilité pour comprendre les causes et/ou les effets des processus biologiques au sein d'un organisme [6]. Dans le cas du thym, ce type d'étude est extrêmement utile pour comprendre l'adaptation de la plante à son environnement ou à un facteur de stress. Les différentes conditions (climat à différentes échelles spatiales, propriétés du sol, assemblages floristiques...) auxquelles sont soumises les plantes génèrent des variations dans l'expression des protéines, reflétant des changements dans la biosynthèse des métabolites produits [7]. L'intérêt d'utiliser cette technologie est donc de pouvoir mettre en évidence la réponse métabolique de Thymus vulgaris à un stress particulier (stress hydrique, température, etc.). Pour la partie technique, plusieurs types d'analyses seront réalisés : (i) l'échantillon entier sera analysé par infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), (ii) la partie volatile de la plante sera analysée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) et enfin (iii) la partie polaire de la plante sera analysée par chromatographie en phase liquide couplée à un spectre de masse à haute résolution (HPLC-HRMS).

Et enfin, la dernière partie de la thèse portera sur le traitement chimiométrique des données multiblock. Pour cela, une matrice expérimentale sera construite afin de s'assurer que les modèles chimiométriques peuvent être utilisés pour l'exploration des données. L'interprétation de la base de données est nécessaire pour mettre en évidence les perturbations du métabolisme secondaire des espèces étudiées et les relier aux stress environnementaux et/ou aux conditions agroclimatiques... Les méthodes statistiques permettront de mettre en évidence les corrélations entre les mesures à différents niveaux. Les méthodes PCA, ACOMDIM [8] et MDPLS [9] seront appliquées et seront essentielles pour l'interprétation des nombreuses données et pour l'identification des marqueurs moléculaires.

Localisation : Université d’Aix-Marseille, Faculté des Sciences de Saint Jérôme, Laboratoire IMBE, Marseille

Directrice de thèse : Isabelle Bombarda (IMBE, CHIPS) isabelle.bombarda@univ-amu.fr

Co-directrice de these Elodie Mezzatesta (IMBE, CHIPS) elodie.mezzatesta@univ-amu.fr

La personne recherchée devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur avec coloration chimie. L’inscription en thèse se fera dans la discipline chimie analytique de l’école doctorale Sciences Chimiques (ED 250).