Thèse Amélioration de la Fixation du Carbone et de la Tolérance à la Sécheresse chez les Peupliers à des Fins de Production H/F - 45

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
Laboratoire de recherche : BioForA - Biologie intégrée pour la valorisation de la diversité des arbres et de la forêt
Direction de la thèse : Annabelle DEJARDIN ORCID 0000000275765476
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-19T23:59:59

L'augmentation de CO2 atmosphérique est l'une des principales causes du changement climatique. Les arbres sont efficaces pour séquestrer le CO2 et le stocker en produisant du bois. Les arbres sont également fortement affectés par des contraintes environnementales comme la sécheresse. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de déterminer s'il est possible d'améliorer la résilience des arbres tout en maintenant une production de bois importante. Le projet utilisera le peuplier, une espèce modèle à croissance rapide et d'une grande importance économique. La thèse utilisera la technologie CRISPR-Cas pour éditer le génome des peupliers et combiner rapidement des allèles favorables à la séquestration du carbone et à la résilience au stress hydrique à partir de gènes clés identifiés précédemment dans la littérature et dans les études de l'équipe d'accueil. Différentes stratégies d'édition génétique seront mises en oeuvre et optimisées pour modifier des génotypes à fort intérêt économique. Ces lignées éditées seront ensuite évaluées en conditions de stress hydrique, en analysant leur croissance ainsi que les propriétés du bois produit.

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 (Migliavacca et al., 2025). 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 (Migliavacca et al., 2025). 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 (Tuskan et al., 2006) 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 (Mader et al., 2016 ; Zhou et al., 2025). 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 (Duruflé et al., 2025). 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 croissance (Escamez et al., 2023). 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 (Shen et al., 2027).
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 (Anders et al., 2023). 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 (Anzalone et al., 2021) et pour introduire de petites séquences enhancer pour faire des mutations gain de fonction (Claeys et al., 2023).
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.
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.

L'objectif général de la thèse est d'évaluer le potentiel de l'édition des génomes pour créer des peupliers capables de maintenir une croissance élevée, et donc de stocker du carbone, en conditions de stress hydrique.

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.