Description

L’exploitation de l’hétérosis représente un atout stratégique pour améliorer les rendements, la stabilité et la résilience des cultures. Toutefois, chez le riz, espèce autogame, la production de semences hybrides est coûteuse et la vigueur hybride ne peut être maintenue lors de la replantation, en raison de la ségrégation génétique. Dans ce cadre, l’introduction d’une apomixie synthétique, permettant une reproduction clonale par graines, représente une stratégie innovante pour fixer durablement les performances hybrides. Des avancées récentes ont permis d’obtenir chez le riz un système d’apomixie synthétique combinant une apoméiose artificielle (via l’inactivation de trois gènes méiotiques clés) avec un déclenchement de la parthénogenèse par l’expression ectopique dans la cellule œuf du facteur de transcription de l’embryogenèse zygotique OsBBM1. Bien que ce système permette d’atteindre des taux élevés de descendance clonale, il reste limité par une baisse de fertilité importante et par la présence d’ADN transgénique intégré, non éliminable en l’absence de reproduction sexuée. Le sujet de thèse proposé vise à optimiser le système d’apomixie synthétique chez le riz selon deux axes complémentaires, fondés sur des approches d’édition du génome de précision. Le premier axe consiste à moduler finement l’expression endogène de OsBBM1 dans la cellule œuf, par la caractérisation et l’édition ciblée de ses régions régulatrices. L’objectif est d’obtenir une activation précoce mais contrôlée, compatible avec la fécondation de la cellule centrale et le développement normal de l’albumen, afin d’améliorer la fertilité des lignées apomictiques. Cette approche s’appuiera sur des analyses fonctionnelles de promoteurs, des approches multi-omiques sur cellules isolées (transcriptomique et accessibilité de la chromatine) et des stratégies d’édition du génome qui seront adaptées en fonction des régions candidates identifiées. Le second axe vise à développer une stratégie pour éliminer les séquences d’ADN-T devenues superflues après l’obtention des modifications des gènes méiotiques cibles (cassettes d’édition et de sélection). En exploitant l’expression constitutive de la Cas9 dans les lignées apomictiques, des stratégies d’excision ciblée seront développées afin de supprimer ces séquences tout en conservant l’intégrité de la cassette parthénogénétique. Un système « preuve de concept », basé sur l’utilisation d’un gène rapporteur GFP sera d’abord mis en place afin d’évaluer l’efficacité et la précision de l’excision, avant le développement d’une construction intragénique « tout-en-un » permettant l’auto-excision des éléments d’édition après leur fonction. À plus long terme, les axes 1 et 2 pourraient converger vers la mise au point d’une construction incorporant les guides ARN ciblant les régions régulatrices de OsBBM1 dans la cassette d’édition finale afin de développer un système d’apomixie synthétique reposant exclusivement sur une machinerie d’édition du génome qui pourra par la suite être éliminée par excision. À l’issue du projet, ce travail vise à lever des verrous majeurs limitant l’apomixie synthétique chez le riz, en améliorant la fertilité du système et en rendant le système compatible avec les exigences réglementaires associées aux plantes NGT. Ces avancées ouvriront la voie à une évaluation en conditions agronomiques et rapprocheront l’apomixie synthétique d’un déploiement au champ. Ce projet participe à l’émergence de systèmes de reproduction innovants, susceptibles de faciliter l’accès aux variétés hybrides et de soutenir une agriculture plus durable et résiliente.

Compétences requises

- Master 2 ou diplôme équivalent en biologie végétale, biologie moléculaire, génétique, biotechnologies ou disciplines similaire - Solides connaissances en biologie moléculaire, notamment en édition des génomes, ainsi qu’une expérience préalable du travail en laboratoire, - Intérêt marqué pour la biologie de la reproduction des plantes, - Des compétences ou notions en bioinformatique et en épigénétique seront fortement appréciées, Le/La candidat(e) devra faire preuve de rigueur scientifique, de curiosité et d’autonomie, tout en démontrant une capacité à travailler en équipe. De bonnes compétences en communication scientifique, tant à l’oral qu’à l’écrit, sont attendues.

Bibliographie

1. Schnable, P. S. & Springer, N. M. Progress Toward Understanding Heterosis in Crop Plants. Annu. Rev. Plant Biol. 64, 71–88 (2013).
2. Liao, C. et al. Innovation and development of the third-generation hybrid rice technology. Crop J. 9, 693–701 (2021).
3. Moon, S., Lee, Y., Gutierrez‐Marcos, J. & Jung, K. Advancements in hybrid rice production: improvements in male sterility and synthetic apomixis for sustainable agriculture. Plant Biotechnol. J. 23, 2330–2345 (2025).
4. Vernet, A., Meynard, D. & Guiderdoni, E. Clonal reproduction by seed of a cultivated hybrid plant: a new perspective for small-scale rice growers. C. R. Biol. 346, 107–116 (2024).
5. Xiong, J. et al. Synthetic apomixis: the beginning of a new era. Curr. Opin. Biotechnol. 79, 102877 (2023).
6. Underwood, C. J. & Mercier, R. Engineering Apomixis: Clonal Seeds Approaching the Fields. Annu. Rev. Plant Biol. 73, 201–225 (2022).
7. d’Erfurth, I. et al. Turning meiosis into mitosis. PLoS Biol. 7, e1000124 (2009).
8. Mieulet, D. et al. Turning rice meiosis into mitosis. Cell Res. 26, 1242–1254 (2016).
9. Khanday, I., Skinner, D., Yang, B., Mercier, R. & Sundaresan, V. A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds. Nature 565, 91–95 (2019).
10. Vernet, A. et al. High-frequency synthetic apomixis in hybrid rice. Nat. Commun. 13, 7963 (2022).
11. Heidemann, B., Primetis, E., Zahn, I. E. & Underwood, C. J. To infinity and beyond: recent progress, bottlenecks, and potential of clonal seeds by apomixis. Plant J. 121, e70054 (2025).
12. Wu, X. et al. Mutation in Polycomb repressive complex 2 gene OsFIE2 promotes asexual embryo formation in rice. Nat. Plants 9, 1848–1861 (2023).
13. Preissl, S., Gaulton, K. J. & Ren, B. Characterizing cis-regulatory elements using single-cell epigenomics. Nat. Rev. Genet. 24, 21–43 (2023).
14. Kartha, V. K. et al. Functional inference of gene regulation using single-cell multi-omics. Cell Genomics 2, 100166 (2022).
15. Gao, Y. & Zhao, Y. Self-processing of ribozyme-flanked RNAs into guide RNAs in vitro and in vivo for CRISPR-mediated genome editing. J. Integr. Plant Biol. 56, 343–349 (2014).
16. Saidi, Y. et al. Controlled expression of recombinant proteins in Physcomitrella patens by a conditional heat-shock promoter: a tool for plant research and biotechnology. Plant Mol. Biol. 59, 697–711 (2005).
17. Tamaki, S. et al. FT-like proteins induce transposon silencing in the shoot apex during floral induction in rice. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112, E901-910 (2015).

Mots clés

Riz, Apomixie synthétique, Edition du génome, Embryogenèse, Parthénogénèse, Régulation de gènes