Thèse Diversité et Fonctions des Endophytes de Biomes Originaux de Nouvelle-Calédonie H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Santé et médicaments École doctorale : Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Laboratoire de recherche : Institut de Chimie des Substances Naturelles Direction de la thèse : Vincent DUMONTET ORCID 0000000217706566 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-10T23:59:59 Dans chaque écosystème, les espèces ont développé des systèmes de défense chimique pour assurer leur survie face aux agressions externes. Les molécules produites interagissent avec les autres organismes et jouent un rôle clé dans les équilibres biologiques. Au-delà de ces mécanismes, certaines espèces établissent des interactions étroites et bénéfiques particulièrement remarquables. Dans de nombreux cas, des microorganismes symbiotiques synthétisent des métabolites protecteurs qui améliorent la survie de l'ensemble de l'association. Parmi eux, les endophytes occupent une place essentielle en influençant la physiologie, la structure et la diversité des plantes.
Ce projet vise à mettre en évidence des associations spécifiques entre plantes et microorganismes endophytes dans un biome original. Il se concentre sur les mécanismes de défense développés par les microorganismes associés à des plantes évoluant sur des sols riches en métaux lourds en Nouvelle-Calédonie.
En effet, la Nouvelle-Calédonie a été identifiée comme un « hotspot » de la biodiversité. Environ 3300 espèces de plantes sont répertoriées dans ce Pays d'Outre-Mer, dont 75 % sont endémiques et 65 taxons sont connus comme hyper-accumulateurs de nickel Cette particularité écologique est liée au fait que près d'un tiers de la superficie de cet archipel est constitué de roches ultrabasiques à forte teneur en métaux lourds, tels que le nickel et le chrome. Les sols issus de ces massifs, très chargés en métaux, se révèlent en revanche pauvres en éléments minéraux essentiels à la croissance des végétaux, notamment l'azote, le phosphore, le carbone, le potassium. La Nouvelle-Calédonie est le quatrième plus grand producteur de minerais de Ni au monde et l'exploitation de ce minerai a entrainé une forte pression sur les écosystèmes indigènes. Certaines plantes sont connues en Nouvelle-Calédonie pour accumuler le nickel. Par exemple, Pycnandra acuminata (Sapotaceae) (dit l'arbre à sève bleue), accumule des quantités de nickel voisines de 25% du poids sec de sa sève lui conférant cette couleur d'un vert-bleuté. Psychotria gabriellae (Rubiaceae), Geissois pruinosa (Cunoniaceae) et Homalium guillainii (Salicaceae) accumulent aussi du nickel au niveau des feuilles Grevillea exul (Proteaceae), espèce pionnière utilisée en revégétalisation des sites miniers est accumulatrice de manganèse.
Les espèces sélectionnées seront collectées en Nouvelle-Calédonie, dans le respect du protocole de Nagoya et de la réglementation APA, afin d'isoler leurs microorganismes endophytes. Ces derniers seront caractérisés, cultivés sur des milieux adaptés, puis extraits pour analyser leurs profils métabolomiques par LC-MS/MS, avec la construction de réseaux moléculaires, ainsi que par RMN des mélanges.
Ce projet permettra de mieux comprendre le rôle écologique des symbioses spécifiques entre plantes hôtes macroscopiques hyperaccumulatrices et leurs endophytes. Une des hypothèses majeures repose sur le fait que ces microorganismes pourraient contribuer à la protection des feuilles contre des organismes pathogènes, constituant ainsi un premier niveau de défense biotique. Dans cette optique, différentes activités biologiques seront évaluées, notamment les activités antiphytopathogènes et antimicrobiennes, mais également les effets cytotoxiques et insecticides, afin de mieux cerner les fonctions écologiques et les interactions au sein de cette symbiose.
Ce projet génèrera des données fondamentales sur ces endophytes, encore très peu décrits dans la littérature, notamment en ce qui concerne leur rôle écologique et leur organisation en communauté. Par ailleurs, les données issues des analyses génétiques des endophytes cultivables pourront ouvrir de nouvelles perspectives de recherche. Enfin, les résultats obtenus pourront également contribuer à la découverte accélérée de métabolites fonctionnels d'intérêt, notamment dans le domaine des agents antimicrobiens. Lors de cette étude nous nous focaliserons sur les plantes provenant de cadres environnementaux uniques, qui ont su développer une stratégie pour survivre ou qui ont une biologie spécifique, et qui de fait pourraient héberger des endophytes originaux (Hongsheng 2010). Ce postulat nous a amené à travailler dans des zones de sols riches en métaux où croissent et prospèrent des plantes hyper-accumulatrices. Jusqu'à présent les endophytes des plantes poussant sur des sols riches en métaux lourds ont uniquement été étudiés afin d'être valorisés à des fins de bio-amélioration des plantes dans un but de phytoremédiation (Likar & Regvar 2009, Luo 2011, Chen 2014). Mais, puisque les endophytes sont connus pour produire des métabolites spécifiques à même de protéger leur hôte contre les agressions extérieures avec, entre autres, des composés antimicrobiens, ces endophytes de milieux écologiques spécifiques sont susceptibles d'avoir au cours de l'évolution développé des mécanismes de défense originaux (Clay & Holah 1999).
En raison des menaces présentes, la Nouvelle-Calédonie a été identifiée comme un «hotspot » de la biodiversité. Environ 3300 espèces de plantes sont répertoriées dans ce Pays d'Outre Mer, dont 75 % sont endémiques (Myers 2000) et 65 taxons sont connus comme hyper-accumulateurs de nickel (Baker 1999, Callahan 2012, Jaffré 2013). Cette particularité écologique est liée au fait que près d'un tiers de la superficie de cet archipel est constitué de roches ultrabasiques à forte teneur en métaux lourds, tels que le nickel et le chrome. Les sols issus de ces massifs, très chargés en métaux, se révèlent en revanche pauvres en éléments minéraux essentiels à la croissance des végétaux, notamment l'azote, le phosphore, le carbone, le potassium (Becquer 2003). La Nouvelle-Calédonie est le quatrième plus grand producteur de minerais de Ni au monde et l'exploitation de ce minerai a entrainé une forte pression sur les écosystèmes indigènes (L'Huillier & Edighoffer 1996).
L'objectif de ce projet est donc de contribuer à caractériser la diversité génétique, ainsi que l'activité biologique des micro-organismes endophytes de plantes de Nouvelle-Calédonie poussant sur des sols riches en métaux lourds et accumulant ou non ces métaux. L'objectif global du projet est de caractériser la diversité taxonomique des endophytes de plantes de Nouvelle-Calédonie poussant sur des sols riches en métaux lourds. Le but étant de replacer ces données dans un contexte évolutif pour les taxons d'endophytes dominants. L'ensemble des données produites permettra de décrire à la fois fonctionnellement, écologiquement et phylogénétiquement la diversité des endophytes de plantes poussant sur des sols riches en métaux lourds incluant les plantes hyper-accumulatrices de métaux.
La finalité du projet est de découvrir des produits naturels antimicrobiens originaux à partir d'endophytes de plantes poussant sur des sols riches en métaux lourds.
Ainsi nous chercherons à répondre aux questionnements suivants :
1. Quelle est la diversité en endophytes des plantes hyperaccumulatrices de Nouvelle-Calédonie et existe-il une spécificité d'hôte ?
2. Ces endophytes bio-synthétisent-ils des métabolites originaux ?
3. Ces endophytes jouent-ils un rôle dans la défense de leur plante hôte ? Tâche 1 : Biodiversité
L'objectif de cette tâche est de sélectionner et récolter les plantes (et parties de plantes) poussant exclusivement ou non sur des sols riches en métaux lourds afin d'en isoler et étudier la communauté des endophytes qui leurs sont associés. Les endophytes cultivables des plantes sélectionnées seront identifiés par analyse moléculaire.Sous-tâche 1.1 : Sélection des plantes
Comme évoqué précédemment, certaines plantes sont connues en Nouvelle-Calédonie pour accumuler le nickel. Par exemple, Pycnandra acuminata (Sapotaceae) (dit l'arbre à sève bleue), accumule des quantités de nickel voisines de 25% du poids sec de sa sève lui conférant cette couleur d'un vert-bleuté. Psychotria gabriellae (Rubiaceae), Geissois pruinosa (Cunoniaceae) et Homalium guillainii (Salicaceae) accumulent aussi du nickel au niveau des feuilles (Jaffré 2013). Grevillea exul (Proteaceae), espèce pionnière utilisée en revégétalisation des sites miniers est accumulatrice de manganèse. Nous avons donc choisi de récolter les feuilles et les écorces des plantes sélectionnées.
Une même espèce de plante sera récoltée trois fois. Chaque espèce sera récoltée sur 3 sites différents (au minimum).
Une même espèce sera récoltée, si possible, sur un sol riche en métaux lourds et un ou plusieurs autres types de sols (trois récoltes par plante par type de sol).
Tous les lieux de collecte seront géographiquement référencés. Un herbier de chaque plante sera constitué et un spécimen sera conservé à l'herbier du centre IRD de Nouméa (http://herbier-noumea.plantnet-project.org/).

Sous-tâche 1.2 : isolement des endophytes
Dans un délai de 24h après la récolte du matériel biologique, les feuilles et écorces récoltées seront découpées en segments (sur le limbe pour les feuilles), stérilisées en surface puis placées sur les boîtes de Pétri contenant du dextrose de pomme de terre comme milieu de culture (PDA). Les colonies émergeant des feuilles seront repiquées sur des plaques contenant du PDA jusqu'à l'obtention des colonies pures (Kjer 2010, Kharwar 2009, Casella 2013). Ces endophytes seront enregistrés dans la « souchotèque » de l'ICSN. Chaque souche sera conservée en triple exemplaire.

Sous-tâche 1.3 : caractérisation des endophytes
Les micro-organismes isolés seront identifiés par des analyses moléculaires (séquençage Sanger) de l'espaceur inter-génique transcrit de l'ADN nucléaire ribosomal, l'ITS (pour les champignons) et/ou de la sous-unité ribosomale 16S (pour les bactéries). Les assignations taxonomiques seront réalisées par la comparaison des séquences générées à des bases de données internationales (Genbank et UNITE). Les souches seront regroupées par unités taxonomiques opérationnelles (OTUs) et seront comparées entre elles par des approches de phylogénie.

Livrables: 5 espèces de plantes sélectionnées ; isolement et caractérisation de 150 souches d'endophytes.

Tâche 2 : Chimiodiversité
L'objectif de cette tâche est de caractériser la diversité chimique des métabolites produits par ces endophytes. Nous allons également évaluer le potentiel antimicrobien des endophytes isolés et ainsi la capacité de ces endophytes à produire des métabolites de défense.

Sous-tâche 2.1 : Extraction
L'acétate d'éthyle a été choisi pour extraire les métabolites microbiens. L'extraction de l'acétate d'éthyle du milieu avec le micro-organisme est la méthode la plus robuste dans le contexte de l'analyse d'un métabolome car certains micro-organismes envahissent et colorent la gélose, tandis que les autres restent de la surface.

Sous-tâche 2.2 : Métabolomique
Les extraits obtenus seront analysés en HPLC-MS2 et RMN des mélanges pour les analyser en métabolomique. Les réseaux moléculaires( GNPS, t-SNE) établis permettront la déréplication des composés connus et la comparaison des profils métaboliques de chaque échantillon. Certains composés ciblés seront isolés et caractérisés en ce qui concerne les molécules actives et/ou nouvelles.

Livrables: tous les extraits seront analysés et les molécules isolées seront caractérisées.

Sous-tâche 2.3 : Essais biologiques
Activités antimicrobiennes
Une technique de microdilution est utilisée pour déterminer les concentrations minimales inhibitrices (CMI) contre Staphylococcus aureus et SARM (S. aureus résistant à la méthicilline), Candida albicans, Trichophyton rubrum et Aspergillus fumigatus (Eucast 2003). La gentamicine, l'oxacilline, le fluconazole et l'itraconazole sont utilisés comme contrôles positifs.
Activité cytotoxique
Les cellules MRC5 seront utilisées pour les essais de cytotoxicité (tissu de poumon foetal humain sain); l'effet cytotoxique est évalué au Laboratoire de Cultures Cellulaires, ICSN, selon une procédure publiée (Tempête 1995).
Cette activité cytotoxique permet de calculer un index de sélectivité afin de déterminer l'activité antimicrobienne spécifique.

Livrables: tous les endophytes isolés seront extraits et testés biologiquement.

Tâche 3 : Coordination, développement et dissémination
Ce travail vise à coordonner les différentes tâches, de promouvoir la publication des résultats, de participation des actions d'animation et d'échange, et à former le personnel impliqué.

Valorisation
Un effort sera porté sur la valorisation des résultats, dans des publications de rang A.

Compétences techniques et scientifiques :
Microbiologie : Techniques de culture (préparation des milieux, inoculation, incubation, suivi de croissance, isolement) et protocoles d'asepsie/biosécurité.
Chimie analytique : Extraction et purification d'extraits microbiens. Techniques analytiques : LC, HPLC, LC-HRMS, UPLC, spectrométrie de masse. Interprétation des profils analytiques (métabolomique et visualisation par réseaux moléculaire des mélanges complexes).
Informatique et gestion de données : Traitement, analyse et visualisation des données expérimentales.
Instrumentation : Utilisation et maintenance des équipements analytiques (HPLC, UPLC, chromatographie flash, PSM, autoclaves, etc...). Réalisation dépannages courants.
Réglementation : Connaissance des réglementations liées à la manipulation des micro-organismes et de leurs hôtes macroscopiques (Protocole de Nagoya, législation APA,...).
Sécurité : Application rigoureuse des règles d'hygiène, de sécurité et de biosécurité.
Chimie des substances naturelles : Connaissance des métabolites issus du vivant (plantes, champignons, bactéries...) pour interpréter les profils analytiques.

Savoir-faire :
Analyse de données : Participation active au traitement, à l'analyse et à la visualisation des données expérimentales (métabolomique et visualisation par réseaux moléculaires (GNPS, t-SNE)
Maintenance des équipements : Entretien courant des équipements, diagnostic des dysfonctionnements.
Gestion des stocks : Organisation et suivi des stocks de consommables et réactifs, anticipation des besoins.

Savoir-être :
Rigueur et autonomie : Capacité à travailler de manière autonome tout en respectant les protocoles et les normes.
Esprit d'équipe : Collaboration efficace avec des équipes pluridisciplinaires (techniciens, chercheurs, étudiants, partenaires extérieurs).
Communication : Rédaction de bilans, de rapports techniques et de documentation claire. Présentation orale et écrite de résultats. Communication fluide en français et en anglais (oral et écrit). Participation à la rédaction de publications.
Adaptabilité : Capacité à s'adapter aux évolutions méthodologiques et aux besoins des projets de recherche.
Formations internes possibles :
Pour faciliter l'adaptation au poste, l'ICSN propose des formations internes sur l'analyse des métabolites seuls ou en mélange par RMN.

• Rigueur et méthode