Offre de thèse
ISITE – Etude des mécanismes de mobilisation et de transport des terres rares chez les plantes hyperaccumulatrices
Date limite de candidature
02-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
BLAUDEZ Damien
Encadrement
Co-directeur : Dr Catherine Sirguey (HDR, LSE) co-endrant : Wen-Shen Liu (Laboratory of Environmental Pollution Control and Remediation Technologies (Sun Yat-sen University, Guangzhou, China) Un CSI sera organisé annuellement. Réunions régulières organisées avec les directeurs de la thèse et réunions ponctuelles avec le collaborateur chinois et d'autres membres des laboratoires. Présentation des avancées des travaux lors de réunions des équipes d'accueil du LIEC et du LSE.
Type de contrat
école doctorale
équipe
EMMA - Ecologie Microbienne des Milieux Anthropiséscontexte
Rare earth elements (REEs) are a group of 17 metals including scandium (Sc), yttrium (Y), and the 15 lanthanides (Ln). Despite their name, REEs are not rare in the environment. At present, it is only profitable to mine REEs if they are found in large quantities, so REE production is limited to a few countries, including China, which has the world's largest reserves. That's why these metals are now considered as critical/strategic elements by the EU. Moreover, the increasing extraction of REEs and their many applications (modern technologies including hybrid cars, screens, wind and solar-powered energy generation systems, agriculture, medicine, etc.) highlight that recycling and decontamination processes need to be developed. This has prompted other countries to seek new sources to reduce their dependence on the market, as well as alternative extraction methods. Phytotechnologies are the ideal approach to achieving these goals, as they are environmentally friendly, can be used on substrates with low levels of enrichment and are socially acceptable. Among phytotechnologies, phytoextraction or phytomining is considered as an in-situ and low-cost means of exploiting the growth and harvesting of hyperaccumulator plants that take up high concentrations of metals in their shoots, allowing metal removal from contaminated soils (phytoextraction) or commercial production of high-value metals (phytomining). If phytoextraction of REEs has been shown to have great potential, further studies using a combination of plant physiological, molecular biological and geochemical tools are needed to better understand the specific mechanisms of REE fractionation and accumulation in plants.spécialité
Ecotoxicologie, Biodiversité, Ecosystèmeslaboratoire
LIEC - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements
Mots clés
phytoremédiation, phytoextraction, métaux lourds, mécanismes moléculaires, interactions plantes-microorganismes, transfert sol-plante
Détail de l'offre
Les terres rares (REEs) constituent un groupe de 17 métaux comprenant le scandium, l'yttrium et les 15 lanthanides. Les REEs ne sont pas rares dans l'environnement mais leur exploitation minière n'est rentable que s'ils sont présents en grandes quantités. Ces métaux sont considérés comme stratégiques par l'UE. L'extraction croissante des REEs et leurs nombreuses applications (voitures hybrides, écrans, photovoltaïque, éoliennes, agriculture, etc) soulignent la nécessité de développer des processus de recyclage et de décontamination des sols. Il est ainsi vital de rechercher de nouvelles sources de REEs et d'identifier des méthodes d'extraction alternatives. Les phytotechnologies constituent l'approche idéale pour atteindre ces objectifs, car respectueuses de l'environnement, utilisées sur des substrats à faible teneur et socialement acceptables. Parmi les phytotechnologies, la phytoextraction ou phytomining est considérée comme un moyen in situ et peu coûteux d'exploiter des plantes hyperaccumulatrices qui absorbent des concentrations élevées de métaux dans leurs feuilles, permettant ainsi l'élimination des métaux des sols contaminés (phytoextraction) ou la production commerciale de métaux de grande valeur (phytomining). Si la phytoextraction des REEs est prometteuse, des études supplémentaires combinant des outils de physiologie végétale, de biologie moléculaire et de géochimie sont nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes spécifiques de fractionnement et d'accumulation des REEs dans les plantes. Cette proposition de thèse cherche donc à mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la mobilisation et l'absorption des REEs par les plantes hyperaccumulatrices.
Le 1er objectif de la thèse visera à identifier des espèces végétales rustiques capables d'accumuler des REEs et adaptées aux climats tempérés. Des espèces accumulatrices de REEs ont déjà été décrites, mais sont souvent issues de régions tropicales. De nouvelles espèces seront identifiées grâce à des analyses XRF de spécimens conservés dans l'herbier du MNHN de Paris, en se concentrant sur les espèces résistantes au froid et adaptées au phytomining en Europe. Enfin, les espèces sélectionnées seront testées dans des conditions contrôlées afin d'évaluer leur capacité à accumuler les REEs.
Le 2eme objectif visera à comprendre comment les métabolites primaires (acides organiques) et les micro-organismes contribuent à la mobilisation des REEs dans les sols. Bien que les REEs soient généralement peu disponibles dans le sol, les plantes hyperaccumulatrices et les microorganismes pourraient les solubiliser efficacement. Une approche métabolomique sera appliquée à plusieurs espèces végétales. De plus, le microbiome des racines des plantes hyperaccumulatrices de REEs sera identifié par une approche de métabarcoding et les microorganismes solubilisant les REEs seront isolés. Ces microorganismes seront réinoculés pour améliorer le transfert des REEs du sol vers les plantes (phytoextraction aidée).
Le 3eme objectif visera à élucider le rôle des transporteurs racinaires de métaux dans l'absorption des REEs par les plantes. Les mécanismes de transport des REEs restent mal connus, nos données transcriptomiques suggèrent cependant que des transporteurs de fer non spécifiques (IRT1) pourraient jouer un rôle dans l'absorption des REEs par les racines. Chez Arabidopsis thaliana, une expression réduite de IRT1 diminue notamment la sensibilité aux REEs. Une comparaison de l'accumulation de REEs dans des lignées d'A. thaliana présentant différents niveaux d'expression de l'IRT1 sera effectuée et les effets physiologiques associés étudiés. Des populations de Noccaea caerulescens porteuses de mutations de IRT1 seront également utilisées pour évaluer leur capacité d'accumulation. Enfin, des gènes IRT1 provenant d'hyperaccumulateurs de REEs seront ré-introduits dans A. thaliana afin de tester leur impact sur la tolérance et l'accumulation des REEs.
Keywords
phytoremediation, phytoextraction, heavy metals, molecular mechanisms, plant-microbe interactions, soil-plant transfer
Subject details
Rare earth elements (REEs) are a group of 17 metals including scandium (Sc), yttrium (Y), and the 15 lanthanides (Ln). Despite their name, REEs are not rare in the environment. At present, it is only profitable to mine REEs if they are found in large quantities, so REE production is limited to a few countries, including China, which has the world's largest reserves. That's why these metals are now considered as critical/strategic elements by the EU. Moreover, the increasing extraction of REEs and their many applications (modern technologies including hybrid cars, screens, wind and solar-powered energy generation systems, agriculture, medicine, etc.) highlight that recycling and decontamination processes need to be developed. This has prompted other countries to seek new sources to reduce their dependence on the market, as well as alternative extraction methods. Phytotechnologies are the ideal approach to achieving these goals, as they are environmentally friendly, can be used on substrates with low levels of enrichment and are socially acceptable. Among phytotechnologies, phytoextraction or phytomining is considered as an in-situ and low-cost means of exploiting the growth and harvesting of hyperaccumulator plants that take up high concentrations of metals in their shoots, allowing metal removal from contaminated soils (phytoextraction) or commercial production of high-value metals (phytomining). If phytoextraction of REEs has been shown to have great potential, further studies using a combination of plant physiological, molecular biological and geochemical tools are needed to better understand the specific mechanisms of REE fractionation and accumulation in plants. The main aim of this PhD proposal is therefore to better understand the mechanisms involved in REE mobilization and uptake by plants. The first objective of the PhD aims to identify hardy plant species capable of accumulating rare earth elements (REEs) and adapted to temperate climates. Several REE-accumulating plants have already been described, but mostly originate from tropical regions. New species will be identified through XRF-based analyses of herbarium specimens at the Paris MNHN herbarium, focusing on cold-resistant species suitable for phytomining in Europe. Finally, selected species will be tested under controlled conditions to assess their REE accumulation capacity and patterns. The second objective aims to understand how primary metabolites (especially organic acids) and microorganisms, contribute to the mobilization of rare earth elements (REEs) in soils. Although REEs are generally poorly available in the soil, hyperaccumulator plants and microorganisms could efficiently solubilize them. A metabolomic approach will be applied to several plant species (selected in the first task). Moreover, the microbiome of roots of REE-hyperaccumulating plants will be identified by a metabarcoding approach and REE-solubilizing microbes will be isolated. These microorganisms will be reinoculated to improve the transfer of REEs from soil to plants, hence enhancing phytoextraction. The third objective aims to elucidate the role of root metal transporters in the uptake of REEs by plants. Although REE transport mechanisms remain poorly understood, our recent transcriptomic data suggest that non-specific iron transporters, particularly IRT1, may mediate REE uptake in roots. Preliminary results in Arabidopsis thaliana indicate that reduced IRT1 expression decreases REE sensitivity, supporting its potential key role. A comparison of REE accumulation in A. thaliana lines with different IRT1 expression levels will be done and related physiological effects investigated Natural populations of Noccaea caerulescens carrying IRT1 mutations will also be used to evaluate their accumulation capacity in REE-enriched soils. Finally, IRT1 genes from REE hyperaccumulators will be introduced into A. thaliana to test their impact on REE tolerance and accumulation.
Profil du candidat
Les candidats doivent avoir une formation (master) en biologie végétale, en microbiologie ou en physiologie/biologie moléculaire (ou équivalent).
Compétences souhaitées (certaines non obligatoires) :
Connaissances en biologie/physiologie végétale, en biologie moléculaire, en interactions entre les plantes et les micro-organismes, en expérimentation sur des organismes modèles, en étude des réponses au stress abiotique.
Bon niveau en statistiques, notions de bio-informatique, métabarcoding
Bon niveau en anglais (niveau B2 minimum)
Capacité à communiquer et à travailler en équipe
Volonté de diffuser la science lors d'événements spécialisés (conférences) et auprès du grand public
Volonté de passer plusieurs mois dans l'établissement partenaire en Chine.
Candidate profile
The candidates should have a master background (or equivalent qualification) in plant biology or microbiology or molecular physiology/biology.
Preferred skills (some are not compulsory):
• Knowledge in plant biology/physiology, molecular biology, plant-microorganism interactions, experiments with model organisms, investigation of abiotic stress responses.
• Good level in statistics, notions in bioinformatics, metabarcoding
• Good level in English (B2 level minimum)
• Ability to communicate and work in a team
• Willingness to diffuse science at specialized events (conferences) and to the broad public
• Willingness to spend several months in the Chinese's partner facility.
Référence biblio
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