Doctorat : Description par analyses spectrométriques et spectroscopiques des formes chimiques du nickel chez les plantes (hyper)accumulatrices - H/F

Description du Poste

Sujet De Thèse

Le nickel est un métal essentiel pour les plantes, mais devient toxique lorsqu'il est en excès, affectant la
photosynthèse et provoquant des stress génotoxiques et oxydatifs. Les plantes doivent donc réguler finement l’homéostasie du nickel en fonction du nickel disponible dans le sol et de leurs besoins. Les mécanismes impliqués dans la régulation de l’homéostasie du nickel chez les plantes sont encore mal connus. De rares espèces dites hyperaccumulatrices, accumulent des quantités extrêmement importantes de nickel dans leurs feuilles sans montrer de signes de toxicité, et il est aujourd'hui admis que cette propriété résulte d’une exacerbation de mécanismes impliqués dans l’homéostasie du nickel. L'objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension des mécanismes impliqués dans l'homéostasie et l'hyperaccumulation du nickel, notamment en ciblant de nouveaux acteurs (transporteurs, chélateurs, protéines affines). L'approche sera basée sur des techniques analytiques de pointe en spéciation et imagerie des métaux, et le travail sera fait en collaboration avec des équipes de biologistes spécialisées en transcriptomique, métabolomique et métalloprotéomique. Il visera la plante hyperaccumulatrice Noccea caerulescens ainsi que la plante Arabidopsis thaliana qui sera prise pour modèle pour construire un hyperaccumulateur de nickel synthétique par transformation génétique successive afin de surexprimer dans des tissus spécifiques les gènes impliqués dans homéostasie du nickel. Ces connaissances pourront soutenir de développement de phytotechnologies visant à extraire et recycler le nickel présent dans certains sols contaminés et à comprendre de façon plus générale les mécanismes en jeu dans l’accumulation des métaux chez les plantes.
Plus spécifiquement, le travail de thèse reposera sur des techniques analytiques de spectrométrie de masse élémentaire (ICP MS) et moléculaire (LC ESI Orbitrap MS) ainsi que sur des techniques d'imagerie (micro fluorescence X, µXRF), et de spéciation (spectroscopie d'absorption des rayons X, XAS) issues du rayonnement synchrotron.

Certains sols contiennent des teneurs importantes en nickel (Ni) du fait d'une géologie particulière (sols ultramafiques par exemple) ou d'un impact anthropique. Cette contamination pose problème en termes de santé environnementale et de santé humaine. Quelques plantes appelées hyperaccumulatrices, telles que l'espèce Noccaea caerulescens (Brassicacée), tolèrent de fortes concentrations de Ni dans les sols et sont capables d'accumuler des quantités très importantes du métal dans leurs parties aériennes. Bien que connue depuis longtemps, les mécanismes impliqués dans cette hyperaccumulation sont toujours mal compris, et l'on sait aujourd'hui que l'hyperaccumulation au nickel est le résultat d'une exacerbation des mécanismes impliqués dans la régulation homéostasique du métal (Deng et al, 2018 ; Manara et al, 2020 ; Merlot et al, 2021). Ces mécanismes incluent une variété de transporteurs membranaires, de petites molécules organiques et de métalloprotéines impliquées dans le transport et la complexation des métaux. Par exemple, il a été montré que des acides organiques (e.g. malate et citrate), l'histidine et la nicotianamine pouvaient complexer le nickel dans le xylème de N. caerulescens (Mari et al, 2006 ; Ouerdane et al, 2006), permettant une translocation importante du métal.
Cependant, il est difficile d'étudier ces mécanismes de régulation chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana du fait de sa grande sensibilité au nickel. Il peut donc être opportun de tirer parti de la physiologie particulière de l'hyperaccumulatrice N. caerulescens pour étudier ces mécanismes. Les espèces hyperaccumulatrices de Ni offrent aussi l'opportunité de développer des stratégies de phytotechnologie (phytomining, agromining) afin d'extraire les métaux des sols contaminés et de les recycler (Rylott et al, 2025).
Ce travail de thèse fait partie d'un projet ANR (Homonime) en collaboration avec deux autres laboratoires, le Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV) à Toulouse et le Laboratoite de Physiologie Cellulaire et Végétale (LPCV) à Grenoble. L'étudiant(e) en thèse travaillera en étroite collaboration avec le LRSV à Toulouse pour le choix et la culture des plantes.
L'objectif global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l'homéostasie et l'hyperaccumulation du nickel chez les plantes, en ciblant notamment l'étude de la spéciation du métal et sa localisation. En particulier, les objectifs sont 1) de mettre en place les techniques analytiques de spectrométrie de masse adéquates afin d'identifier et de quantifier les molécules, potentiellement nouvelles, impliquées dans la liaison du métal, 2) de mettre en œuvre des techniques d'imagerie par micro-fluorescence X/ spectroscopie d'absorption des rayons X sur rayonnement synchrotron afin de déterminer respectivement la localisation du nickel au niveau tissulaire et cellulaire et de déterminer ses ligands, 3) de déterminer le rôle de certains transporteurs et des gènes via l'utilisation d'accessions spécifiques et de mutants.
La thèse est basée sur une approche interdisciplinaire faisant appel à des outils de chromatographie et de spectrométrie de masse (Ouerdane et al, 2006 ; Flis et al, 2016) ainsi que des techniques d’imageries (micro fluorescence X issue du rayonnement synchrotron, µXRF, Huguet et al., 2015 ; Isaure et al., 2015) et de spéciation (spectroscopies d'absorption des rayons X, XANES/EXAFS, Huguet et al., 2015 ; Isaure et al., 2015) complémentaires.
Le travail basé à Pau, se fera en collaboration avec le LRSV et le LPCV. Le/la doctorante(e) sera impliqué(e) dans les différentes étapes du projet, de la mise en place des cultures jusqu'aux analyses.

Le/la candidat(e) doit être diplômé(e) d’un master en chimie environnementale, chimie analytique, physico-chimie ou équivalent. Il/elle devra avoir un fort intérêt pour le travail expérimental et analytique en laboratoire. Il/elle devra être capable de travailler en autonomie et être rigoureux. Il doit avoir une appétence forte pour le travail en collaboration, et sera amené à se déplacer (collaboration Toulouse, mission synchrotron...). Le permis de conduire B sera un plus. Bonnes capacités de rédaction. Anglais requis.

Votre Environnement de Travail

L’IPREM est une unité mixte de recherche (UMR 5254) entre le CNRS et l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA). Les activités qui y sont développées concernent la recherche fondamentale en physico-chimie, chimie analytique et microbiologie en lien avec l’environnement et les matériaux. L’IPREM regroupe 3 pôles dont le Pôle CME (Chimie et Microbiologie de l’Environnement) qui s’intéresse aux contaminants et éléments traces dans l’environnement, et le Pôle CAPT (Chimie Analytique, Physique et Théorique) qui développe des méthodes de chimie analytique. Pour étudier les formes physico-chimiques des métaux, leurs transformations et leurs interactions avec les organismes vivants, le laboratoire met en œuvre différentes techniques de chimie analytique (techniques analytiques couplées basées sur la spectrométrie de masse, l’isotopie, etc ...), d’imagerie et de techniques de spéciation basées sur le rayonnement synchrotron (XRF, XAS). L'institut accueille une plate-forme unique de spectrométrie de masse dédiée à l'analyse de la spéciation des métaux élémentaire, moléculaire et isotopique (Platform Mass Spectrometry).
Le/la doctorant(e) sera inscrit(e) à l'Ecole Doctorale 'Sciences Exactes et leurs Applications' de l'UPPA (https://ed-sea.univ-pau.fr/fr/index.html).

Contraintes et risques

Déplacements à Toulouse et au synchrotron

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

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À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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