Amélioration de la fixation du carbone et de la tolérance à la sécheresse chez les peupliers à des fins de production

Retour à la liste des résultats

Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Les forêts sont efficaces pour lutter contre certaines causes ou conséquences du changement climatique, en permettant notamment la fixation du CO₂. Dans ce contexte, le maintien de forêts fonctionnelles et en bonne santé est l'un des leviers de la stratégie nationale bas carbone (SNBC3) et de la loi européenne sur le climat ¹. Par ailleurs, les arbres forestiers produisent du bois, un matériau renouvelable qui stocke du carbone et peut remplacer des produits à bilan carbone négatif, comme le béton. Cependant, les forêts sont elles-mêmes victimes du changement climatique et leur capacité à agir comme puits de carbone diminue ¹. Parmi les différentes solutions proposées pour adapter les forêts au changement climatique, une stratégie consiste à sélectionner, pour une espèce donnée, les individus les plus résilients tout en maintenant un certain niveau de production de bois. 

Dans cette thèse, l’espèce utilisée sera le peuplier (Populus spp.), une essence d’importance économique, à croissance rapide et donc à forte capacité de fixation du CO₂. C’est également une espèce modèle en biologie pour laquelle nous disposons de séquences de génome ² et d’expertise pour différentes techniques d’ingénierie cellulaire. De plus, BioForA a développé le clone INRA 717-1B4 (P. tremula x P. alba), utilisé comme référence internationale en génomique fonctionnelle ^3,4. BioForA pilote le programme d'amélioration du peuplier, dans le cadre du Groupement d'Intérêt Scientifique « Génétique, Amélioration et Protection du Peuplier » (GIS Peuplier). Ce programme vise à fournir à la fois des variétés performantes adaptées aux besoins économiques et résilientes face au changement climatique. Il repose sur l'utilisation de la diversité génétique naturelle du peuplier noir (P. nigra) pour développer des hybrides interspécifiques performants P. xcanadensis (P. deltoides × P. nigra), variétés hybrides les plus plantées en France.

La résilience aux stress environnementaux et la production de bois sont des caractères multi-géniques complexes. Cependant, des études d'association pan-génomique (GWAS) ou de génomique fonctionnelle s’appuyant sur la transgenèse ont permis d’identifier des gènes ayant des effets forts sur ces caractères. Par exemple, l’étude de populations naturelles de P. nigra a permis d'identifier un gène codant pour une Chalcone Isomérase (CHI), fortement associé à la croissance radiale du tronc ⁵. Une autre étude, portant sur des populations naturelles de P. tremula a également mis en évidence le gène codant pour une oxoglutarate déshydrogénase (OGDH) fortement associé à des caractères de croissance⁶. Des études de validation fonctionnelle par transgenèse ont démontré un lien entre épaisseur des parois des cellules de bois et la tolérance des arbres à la sécheresse. Par exemple, chez les peupliers surexprimant une laccase (PtrLAC17), la teneur en lignine augmente dans la paroi des cellules de garde et du xylème et présente une tolérance accrue à la sécheresse ⁷.

La technologie CRISPR-Cas permet l'édition ciblée du génome avec une efficacité sans précédent chez de nombreuses espèces non modèles, notamment les plantes ligneuses ⁸. Elle est utilisée en routine pour faire des mutations par KO (perte de fonction) et est en cours d’amélioration lorsqu’il s’agit de réécrire de façon précise le génome par Prime Editing ⁹ et pour introduire de petites séquences enhancer pour faire des mutations gain de fonction ¹⁰. 

Sur la base des connaissances acquises sur le contrôle génétique de la formation du bois et de la résilience aux contraintes hydriques, nous faisons l’hypothèse qu’il est possible de produire des peupliers améliorés à la fois pour la séquestration du carbone et la tolérance à la sécheresse. Nous utiliserons une approche par édition des génomes pour combiner rapidement les différents allèles des gènes d’intérêt.

Objectifs de la thèse 

La thèse aura pour objectifs de (1) mettre en place des stratégies d’édition pour combiner des allèles favorables pour les caractères d’intérêt sur le génotype de référence de peuplier rapidement éditable INRA 717-1B4, puis sur des génotypes intéressants pour le programme d’amélioration des peupliers (P. nigra, P. xcanadensis) ; et (2) d’évaluer ces plants en conditions de contraintes hydriques pour valider, ou non, l’hypothèse de travail.

Méthodes et collaborations envisagées

Volet 1 = Choix de la stratégie d’édition des gènes candidats et validation rapide des vecteurs d’édition dans un système de protoplastes de peuplier. Une première liste de 12 gènes candidats a été préalablement établie lors de la rédaction du projet CARBOOST. Dans le cadre de la prise en main de son sujet, le doctorant fera une revue exhaustive de la bibliographie pour éventuellement compléter cette liste en identifiant les gènes / allèles intéressants à combiner. Selon le cas de figure, il élaborera la stratégie d’édition par perte de fonction ou par gain de fonction. Il mettra au point une méthode rapide d’évaluation des vecteurs d’édition basée sur un système d’expression transitoire sur protoplastes, notamment pour les vecteurs destinés à faire de l’édition par gain de fonction.

Volet 2 = Production et caractérisation moléculaire de lignées éditées dans différents contextes génétiques. Les vecteurs d’édition les plus efficaces seront utilisés pour générer des lignées de peuplier éditées dans le fond génétique INRA 717-1B4, facilement éditable et sur différents génotypes de P. nigra et P xcanadensis. Les événements d’édition seront caractérisés au niveau moléculaire afin de sélectionner les lignées utilisées pour l’expérimentation en serre sous contrainte hydrique. 

Volet 3 = Phénotypage des plants en conditions de contraintes hydriques. Les lignées éditées seront évaluées en conditions de contrainte hydrique sur la plateforme de phénotypage haut débit automatisée de Toulouse (TPMP). Les lignées seront phénotypées pour leur croissance mais aussi la qualité du bois produit via des analyses de biochimie et de micro-phénotypage. 

La thèse sera réalisée en étroite collaboration avec l’équipe Regulation and dynamics of wood formation du LRSV (CNRS, Univ. Toulouse), partenaire du projet CARBOOST. Elle s’appuie également sur la collaboration existante avec le VIB (Univ. Gent, Belgique) pour l’accès aux données de génotypages de 735 génomes de peuplier noir issues du projet ERC POPMET. 

 

Références bibliographiques

 

1.        Migliavacca, M. et al. Securing the forest carbon sink for the European Union’s climate ambition. Nature 643, 1203–1213 (2025).

2.        Tuskan, G. A. et al. The genome of black cottonwood, Populus trichocarpa (Torr. & Gray). Science (80-. ). 313, 1596–1604 (2006).

3.        Mader, M. et al. Whole-genome draft assembly of Populus tremula x P. Alba clone INRA 717-1B4. Silvae Genet. 65, 74–79 (2016).

4.        Zhou, R. et al. Populus VariantDB v3.2 facilitates CRISPR and functional genomics research. Tree Physiol. 45, 143–148 (2025).

5.        Duruflé, H. et al. Natural variation in chalcone isomerase defines a major locus controlling radial stem growth variation among Populus nigra populations. Peer Community J. 5, e50 (2025).

6.        Escamez, S. et al. Genetic markers and tree properties predicting wood biorefining potential in aspen (Populus tremula) bioenergy feedstock. Biotechnol. Biofuels Bioprod. 16, 1–16 (2023).

7.        Shen, M. et al. PtrLAC17 act as a key laccase in catalyzing lignin polymerization in both the stem xylem cell walls and the guard cell walls, coordinately regulating drought tolerance in Populus. Int. J. Biol. Macromol. 321, 146547 (2025).

8.        Anders, C., Hoengenaert, L. & Boerjan, W. Accelerating wood domestication in forest trees through genome editing: Advances and prospects. Curr. Opin. Plant Biol. 71, 102329 (2023).

9.        Anzalone, A. V. et al. Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing. Nat. Biotechnol. 40, 731–740 (2021).

10.      Claeys, H. et al. Coordinated gene upregulation in maize through CRISPR/Cas‐mediated enhancer insertion. Plant Biotechnol. J. 22, 16 (2023).

Formations et compétences recherchées

Formation recommandée : Master/Ingénieur (Bac+5) en Biologie Végétale

Connaissances souhaitées : Physiologie et biotechnologies végétales 

Expérience appréciée : Stage de recherche en laboratoire

Aptitudes recherchées : Curieux, motivé, capable de travailler en équipe

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

La procédure de sélection se fait en deux phases : l’équipe d’accueil va d’abord retenir 3 candidats sur la base d’une candidature écrite et d’un entretien, puis les 3 candidats auront une audition début juin devant l’Ecole Doctorale « Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant » à l’Université d’Orléans. 

Pour la première phase de sélection, merci d’envoyer votre candidature avant le 03 mai 2026 (CV, lettre de motivation et coordonnées d’au moins 2 personnes référentes). Les entretiens auront lieu le lundi 11 mai 2026.