CD : Étude des mécanismes moléculaires impliqués dans la tolérance aux métaux lourds chez les champignons mycorhiziens et endophytes

Offre de thèse

Date limite de candidature

24-04-2024

Date de début de contrat

01-10-2024

Directeur de thèse

BLAUDEZ Damien

Encadrement

Co-encadrement avec Thierry Béguiristain, réunion régulières de suivi et encadrement avec P. D. Blaudez et T. Béguiristain, Mise en place d'un comité de suivi de thèse.

Type de contrat

Concours pour un contrat doctoral

Candidater à cette offre target="_blank"

école doctorale

SIReNa - SCIENCE ET INGENIERIE DES RESSOURCES NATURELLES

équipe

EMMA - Ecologie Microbienne des Milieux Anthropisés

contexte

Le sujet de thèse vise à fournir des connaissances fondamentales et originales concernant les principaux mécanismes moléculaires de tolérance aux métaux chez les champignons mutualistes (mycorhiziens et endophytes) en vue de l'utilisation de ces symbiotes pour des opérations de phytoremédiation des sites contaminés par les métaux lourds. La revégétalisation/phytoremédiation des sites contaminés par ces contaminants est en enjeu majeur dans le contexte de production et d'approvisionnement de biomasse ligneuse (bioénergie, biomatériaux), de réhabilitation de ces sites délaissés, de la maitrise de la pollution et de la fourniture de services écosystémiques (piégeage de carbone, maintien de la biodiversité).

spécialité

Ecotoxicologie, Biodiversité, Ecosystèmes

laboratoire

LIEC - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements

Mots clés

champignons mycorhiziens, endophytes septés foncés, métaux lourds, mécanismes de tolérance aux métaux, biologie synthétique, phytoremédiation

Détail de l'offre

Les champignons mycorhiziens et endophytes sont des champignons bénéfiques qui jouent un rôle important dans la croissance des plantes et leur tolérance à divers stress abiotiques dont la contamination par les métaux. La phytoremédiation assistée par ces champignons a été développée avec succès. Nous avons notamment montré que l'inoculation de champignons mycorhiziens lors d'essais à grande échelle avec des peupliers a permis d'augmenter la croissance des arbres et de réduire les teneurs en métaux dans les parties aériennes (feuilles, bois). Ce résultat peut être amélioré par l'utilisation de symbiotes fongiques plus performants. En effet, les souches fongiques qui tolèrent des niveaux plus élevés de contamination métallique, fixent/stockent des quantités plus importantes de métaux, et limitent davantage le transfert des métaux du sol vers les parties aériennes. Cependant, pour atteindre cet objectif à moyen ou à long terme, il est d'abord nécessaire de mieux comprendre les mécanismes qui régissent ces traits (tolérance, accumulation). Plusieurs transporteurs de métaux (CDF, ABC, ...) sont connus pour jouer un rôle dans la tolérance aux métaux chez les champignons, mais leur spécificité de substrat et leur localisation subcellulaire ont été peu étudiées chez les champignons mutualistes. De même, la spécificité métallique des métallothionéines, petites protéines chélatrices de métaux, est encore mal connue chez ces organismes.
Dans ce projet, une approche de génomique fonctionnelle et des analyses omiques seront utilisées pour mieux comprendre la relation gène-fonction de familles de gènes impliquées dans la tolérance aux métaux. Le doctorant effectuera (i) des analyses phylogénomiques, (ii) développera une approche de biologie synthétique pour exprimer les gènes sélectionnés dans la levure modèle Saccharomyces cerevisiae afin de caractériser fonctionnellement les protéines encodées et de déterminer leur spécificité métallique et leur localisation subcellulaire, et (iii) étudiera la réponse transcriptomique/protéomique de quelques espèces fongiques modèles au stress métallique.

Keywords

mycorrhizal fungi, dark septate endophytes, heavy metals, metal tolerance mechanisms, synthetic biology, phytoremediation

Subject details

Mycorrhizal and endophytic fungi are beneficial fungi that have significant roles in plant growth and tolerance to various abiotic stresses, including metal contamination. Phytoremediation-assisted by these fungi has been successfully developed. Notably, we have shown that inoculation of large-scale field trials of poplar with mycorrhizal fungi allowed to increase tree growth and to decrease metal contents in the shoots (leaves, wood). This achievement can be enhanced through the use of better performing fungal symbionts. Indeed, fungal strains that tolerate higher levels of metal contamination, bind/store higher amounts of metals, and therefore limit more drastically the transfer of metals from soil to shoots. However, to achieve this goal on the mid- to long-term, we need first to better understand the mechanisms governing these traits (tolerance, accumulation, biofiltering effect). Several fungal metal transporters (CDF, ABC, …) are known to play a role in metal tolerance but their substrate specificity and subcellular localization have been poorly investigated in mutualistic fungi. Similarly, metal specificity of metallothioneins, small proteins chelating metals, is still poorly known in these organisms. In this project a functional genomics approach and omics analyses will be employed to better understand the gene function relationship of several gene families involved in metal tolerance. The PhD student will perform (i) phylogenomics analyses, (ii) develop a synthetic biology approach to express selected genes in the yeast model Saccharomyces cerevisiae in order to functionally characterize the encoded proteins and verify their metal-specific function, together with identifying their subcellular localization, and (iii) investigate the transcriptomic/proteomic response of a subset of fungal model species to metal stress.

Profil du candidat

QUALIFICATIONS/COMPÉTENCES/ÉDUCATION ET EXIGENCES EN MATIÈRE DE RECHERCHE/FONCTIONS
Les candidats doivent avoir une formation (master) en biologie végétale, en microbiologie ou en physiologie/biologie moléculaire.
Compétences souhaitées (mais non obligatoires) :
- Connaissances en mycologie, interactions plantes-champignons, expériences avec des organismes modèles, étude des réponses au stress abiotique.
- Bon niveau en statistiques, notions de bio-informatique.
- Bon niveau en anglais
- Capacité à communiquer et à travailler en équipe
- Volonté de diffuser la science lors d'événements spécialisés (conférences) et auprès du grand public.

DATE LIMITE DE DÉPÔT DES CANDIDATURES
24 avril 2024.
N'hésitez pas à contacter les responsables pour plus de détails sur le poste.

DOCUMENTS DE CANDIDATURE DEMANDÉS ET CONTACT POUR POSTULER
Veuillez fournir dans un seul fichier PDF : un curriculum vitae détaillé, les résultats (notes, rang) de la licence et du master (M1, M2), au moins deux références, et une lettre de motivation.
Le dossier de candidature doit être envoyé à damien.blaudez@univ-lorraine.fr et thierry.beguiristain@univ-lorraine.fr

Candidate profile

QUALIFICATIONS/SKILLS/EDUCATION & RESEARCH REQUIREMENTS/DUTIES
The candidates should have a background (master) in plant biology or microbiology or molecular physiology/biology.
Preferred skills (but not compulsory):
• Knowledge in fungal biology, plant-fungus interactions, experiments with model organisms, investigation of abiotic stress responses.
• Good level in statistics, notions in bioinformatics
• Good level in English
• Ability to communicate and work in a team
• Willingness to diffuse science at specialized events (conferences) and to the broad public

APPLICATION DEADLINE
April 24th, 2024.
Do not hesitate to contact the supervisors for more details about the position.

REQUESTED DOCUMENTS OF APPLICATION AND CONTACT TO APPLY
Please provide in a single PDF file: a detailed curriculum vitae, results (transcripts) of the bachelor and master (M1, M2), at least two references, and a motivation letter.
The application should be sent to damien.blaudez@univ-lorraine.fr and thierry.beguiristain@univ-lorraine.fr

Référence biblio

Références récentes (2020-2024) des encadrants en lien avec la thématique du sujet de thèse:
• Berthelot C, Zegeye A, Gaber DA, Chalot M, Franken P, Kovacs GM, Leyval C, Blaudez D (2020) Unravelling the role of melanin in Cd and Zn tolerance and accumulation of three dark septate endophytic species. Microorganisms (8: 537) DOI: 10.3390/microorganisms8040537. hal-02537379
• Gaber DA, Berthelot C, Camehl I, Kovacs GM, Blaudez D, Franken P (2020) Salt stress tolerance of dark septate endophytes is independent of melanin accumulation. Frontiers in Microbiology 11: article 562931. DOI: 10.3389/fmicb.2020.562931. hal-03118115
• Hu R, Béguiristain T, De Junet A, Leyval C (2020) Bioavailability and transfer of elevated Sm concentration to alfalfa in spiked soils. Environmental Science and Pollution Research 27-35 44333-44341.
• Hu R, Béguiristain T, De Junet A, Leyval C (2020) No significant transfer of the rare earth element samarium from spiked soil to alfalfa by Funneliformis mosseae. Mycorrhiza 30-6 761-771.
• Yung L, Blaudez D, Maurice N, Azou-Barré A, Sirguey C (2021) Dark septate endophytes isolated from non- hyperaccumulator plants can increase phytoextraction of Cd and Zn by the hyperaccumulator Noccaea caerulescensEnvironmental Science Pollution Research 28: 16544-16577. DOI: 10.1007/s11356-020-11793- x. hal-03101524
• Yung L, Sirguey C, Azou-Barre&#769; A, Blaudez D (2021) Natural fungal endophytes from Noccaea caerulescens mediate neutral to positive effects on plant biomass, mineral nutrition and Zn phytoextraction. Frontiers in Microbiology 12: 689367. DOI: 10.3389/fmicb.2021.689367. hal-03281299
• Grosjean N, Le Jean M, Armengaud J, Schikora A, Chalot M, Gross EM, Blaudez D (2022) Combined omics approaches reveal distinct responses between light and heavy rare earth elements in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Hazardous Materials 425:127830. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127830. hal-03514152
• Grosjean N, Le Jean M, Chalot M, Mora-Montes HM, Armengaud J, Gross EM, Blaudez D (2022) Genome- wide mutant screening in yeast reveals that the cell wall is a first shield to discriminate light from heavy lanthanides. Frontiers in Microbiology 13:881535. DOI: 10.3389/fmicb.2022.881535. hal-03840664
• Ciadamidaro L, Pfendler S, Girardclos O, Zappelini C, Binet P, Bert V, Blaudez D, Chalot M (2022) Mycorrhizal inoculation effects on growth and the mycobiome of poplar on two phytomanaged sites after 7-year-short rotation coppicing. Frontiers in Plant Science 13:993301. DOI: 10.3389/fpls.2022.993301. hal-03840658
• Hu R, Béguiristain T, De Junet A, Leyval C (2022) Transfer of La, Ce, Sm and Yb to alfalfa and ryegrass from spiked soil and the role of Funneliformis mosseae. Mycorrhiza 32 165-175.
• Le Jean M, Montargès-Pelletier E, Rivard C, Grosjean N, Chalot M, Vantelon D, Spiers KM, and Blaudez D (2023) Locked up inside the vessels: rare earth elements are transferred and stored in the conductive tissues of the accumulating fern Dryopteris erythrosora. Environmental Science & Technology 57 (7), 2768-2778. DOI: 10.1021/acs.est.2c06985
• Gaber D, Berthelot C, Blaudez D, Kovacs GM, Franken P (2023) Impact of dark septate endophytes (DSEs) on salt stress alleviation of tomato plants. Frontiers in Microbiology 14: 1124879. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1124879. hal-04194923
• Van der Ent A, Brueckner D, Spiers K, Vidar K, Falkenberg G, Layet C, Lin W-S, Xheng H-X, Le Jean M, Blaudez D (2023) High-energy interference-free K-lines synchrotron X-ray fluorescence microscopy of rare earth elements in hyperaccumulator plants. Metallomics 15: mfad050. DOI: 10.1093/mtomcs/mfad050. hal-04263871
• Grosjean N, Le Jean M, Ory J, Blaudez D (2023). Yeast deletomics to uncover gadolinium toxicity targets and resistance mechanisms. Microorganisms, 11(8), 2113. DOI:10.3390/microorganisms11082113
• Pfendler S, Ciadamidaro L, Ozaki S, Bonin A, Taberlet P, Zappelini C, Maillard F, Blaudez D, Chalot M (2024) Differential effects of tree species identity on rhizospheric bacterial and fungal community richness and composition across multiple trace element-contaminated sites. Science of the Total Environment 912: 168600. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.168600.
• Fierling N, Bauda P, Billard P, Blaudez D (2024) Global deletome profile of Saccharomyces cerevisiae exposed to lithium. Metallomics 16: mfad073. DOI: 10.1093/mtomcs/mfad073.
• Goudard L, Blaudez D, Sirguey C, Purwadi I, Invernon V, Rouhan G, Van der Ent A (2024) Prospecting for rare earth element (hyper)accumulators in the Paris herbarium using X-ray fluorescence spectroscopy reveals new distributional and taxon discoveries. Annals of Botany (in press).
• Grosjean N, Purwadi I, Sirguey C, Chalot M, Le Jean M, van der Ent A, Blaudez D (2023). Rare earth elements in plants: transfer, transport, accumulation, impacts and perspectives. Advances in Botanical Research. DOI: 10.1016/bs.abr.2023.10.005
• Grosjean N, Blaudez D, Chalot M, Flayac J, Gross EM, Le Jean M (2024) Rare earth elements perturb root architecture and ion homeostasis in Arabidopsis thaliana. Journal of Hazardous Materials. (In press).