Offre de thèse
Croissance, développement et qualité chez l’igname (Dioscorea alata L.) : interdépendance et déterminisme génétique.
CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE
Les qualités organoleptiques et technologiques sont des caractéristiques essentielles dans la définition des idéotypes pour l’amélioration des espèces à multiplication végétative (Otoo et Asiedu 2009). Cependant, leur intégration dans les programmes de création variétale est souvent limitée à une validation a posteriori, faute de connaissances sur les déterminants de la qualité et de méthodes robustes pour la mesurer (Chen et Opara 2013).
Bien que le fond génétique soit reconnu comme un déterminant majeur de la qualité, la relation entre la variété et ses attributs reste complexe.
Elle dépend non seulement des facteurs génétiques et de sa maturité mais aussi des conditions de culture. Pour appréhender ces déterminants et leurs interactions, il est nécessaire d’étudier un nombre conséquent d’accessions cultivées dans des environnements contrastés. Cependant, notre capacité à phénotyper reste limitée par rapport à notre capacité à génotyper, surtout avec le développement des méthodes NGS).
Que ce soit pour étudier la croissance et le développement des cultures ou la qualité de ces produits, l’utilisation de méthodes indirectes basées sur des mesures multispectrales ouvre des perspectives intéressantes en termes de phénotypage haut-débit. Si l’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) permet une mesure rapide, fiable et peu coûteuse des métabolites primaires des tubercules (Lebot et al. 2009), le phénotypage de la croissance et du développement des plantes à racine et tubercule (e.g. phénologie, statut nutritionnel du couvert végétal) reste marginale. Il repose souvent sur des plateformes de phénotypage coûteuses et peu mobiles (Rahaman et al. 2015). De plus, le développement de méthodes de phénotypages haut-débits adaptées aux conditions tropicales (e.g. conditions climatiques variables, accès restreint aux plateformes de
phénotypage) nécessite d’intégrer l’ensemble du continuum acquisition, traitement et interprétation des données.
RÉSUMÉ DU TRAVAIL PROPOSE
Les objectifs majeurs de cette thèse sont : (i) l’optimisation des méthodes de phénotypage multi-spectral de la croissance et du développement végétatif (ii) la compréhension des effets croisés du génotype et de l’environnement sur la relation entre le développement végétatif et la qualité des tubercules produits, et (iii) la recherche des déterminants génétiques du développement, de la croissance et de la qualité. La thèse comprendra donc trois axes de recherche qui reposeront sur un même dispositif de terrain composé d’un panel initial de 40 accessions qui s’enrichira pour atteindre 75 accessions lors de la recherche des déterminants génétiques.
Le premier axe consiste à optimiser la méthode de caractérisation multispectrale de la dynamique du couvert végétal, à partir des méthodes et outils d’analyse d’images développées au sein de l’équipe. Le collectif dispose, dans le cadre du projet RTBfoods, du suivi multi-spectral et de 40 accessions observées sur trois sites présentant des caractéristiques pédo-climatiques contrastées (e. g. régime hydrique, texture et composition des sols, matière organique). A partir d’images prises à différents stades de croissance, il sera donc nécessaire de sélectionner, voire de construire, des indices (e.g. NDVI, NDRE, AURPC) pertinents au regard de leur héritabilité et/ou de leur lien avec des mesures directes in planta (e.g. teneur en azote des feuilles, initiation de la tubérisation, entrée en sénescence, stress).
Il s’agira donc de faire une analyse des données déjà disponible afin d’orienter l’optimisation des scripts d’analyse d’images multi-spectrales.
Le pipeline d’analyse permettra de traiter les images brutes, de superposer les informations des différents spectres et enfin de calculer des indices de réflectance informatifs. L’utilisation privilégiée d’outils et de méthodes standardisées couplées à la compréhension des mécanismes impliqués permettra de dégager des savoirs génériques. Les indices ou combinaisons d’indices seront utilisés par la suite lors de l’analyse phénotypique proprement dite. Les données et les scripts seront générés dans une approche intégrative assurant la reproductibilité, l’accessibilité et la réutilisation des résultats.
Le deuxième axe de la thèse porte sur la compréhension des interactions génotypes × environnements (G×E) et du lien entre le développement végétatif et la qualité du tubercule d’igname. Cette deuxième partie débutera par une revue bibliographique focalisée sur l’influence de la croissance et du développement sur la qualité des plantes à racines et tubercules pour ensuite étudier cette relation sur le panel d’accessions.
La caractérisation de la croissance et du développement sera issue des travaux de thèse. Alors que le phénotypage de la qualité (i.e. texture, couleur et physico-chimie) est en cours de réalisation par l’équipe.
A partir des données climatiques disponibles (e.g. météo, sol), une typologie des environnements sera établie. Cette typologie permettra de mieux appréhender la non-indépendance des environnements lors de la décomposition de la variance des traits et des calculs d’héritabilité. Le lien entre développement végétatif et qualité du tubercule sera alors étudié à différents niveaux (e.g. phénotypique, génotypique, G×E) dans une démarche corrélative (e.g. analyse canonique), voire causale (e.g. réseau
bayésien) intégrant les trois jeux de variables : environnement, croissance végétative et qualité du tubercule.
Enfin, le dernier axe porte sur la recherche des déterminants génétiques.
La thèse permettra de phénotyper un panel final d’au moins 75 accessions représentatif de la diversité mondiale de D. alata (collection CRB et
CIRAD) et conçu pour minimiser l’impact de la structure/apparentement en génétique d’association et donc d’étudier moins d’individus tout en conservant une bonne puissance statistique. Cette partie sera initiée dès le début de la thèse. La première étape consistera à analyser la présence et le polymorphisme de gènes « candidats » impliqués surtout dans l’utilisation de l’azote et identifiés via une approche de séquence capture actuellement menée en dehors des travaux de thèse par le collectif. Dans un second temps, sur la base des modèles d’analyse phénotypique développés dans l’axe deux de la thèse, une recherche des déterminants génétiques sans a priori sera conduite. Il s’agira de développer et d’appliquer un modèle d’association traits-SNPs multi-environnements (approche de type GWAS). Le choix de la méthode finale sera basée sur les résultats d’une étude de puissance actuellement en cours. Une étude des colocalisations entre les zones du génome liés au différents traits sera alors réalisée afin d’en identifier les significatives.
MODALITÉS D’ACCUEIL AU CIRAD
Le doctorant sera accueilli sur la station Cirad de Roujol (Petit-Bourg, Guadeloupe) avec des missions régulières à Montpellier.
La thèse s’appuiera sur un dispositif au champ d’un panel croissant d’accessions d’ignames répétés sur trois sites et des moyens humains qui y sont associés. Avec un démarrage en début 2019, cette thèse bénéficiera des données issues de quatre cycles de culture de l’igname (2017-2018, 2018-2019, 2019-2020, 2020-2021) et du contexte conjoint des projets Cavalbio2 (Feder Guadeloupe, 2018-2021) et RTB-Foods (B&M Gates Foundation, 2018-2022). Alors que le projet RTB-Foods se focalise sur la qualité du tubercule, le projet CavalBio2 permettra d’étudier la croissance et le développement des mêmes accessions et de faire le pont entre croissance et qualité. Plusieurs stages en appui de la thèse sont déjà prévus.
Durant les deux premières années, le doctorant sera accueilli sur la station Cirad de Roujol (Petit-Bourg, Guadeloupe) avec des missions régulières à Montpellier. La troisième année se déroulera à Montpellier.
En Guadeloupe le doctorant sera encadrer par un généticien qui supervisera la partie génétique quantitative et à Montpellier il sera encadré par Denis Cornet qui supervisera la partie écophysiologie.
Dés que nécessaire, le suivi à distance se fera en utilisant l’ensemble des outils de communications disponibles :
- Alfresco Share Colziyanm (https://collaboratif.cirad.fr/share/page/site/Colziyanm) pour échanger des documents, planifier des tâches et définir un vocabulaire commun (wiki)
- OnlyOffice pour la rédaction collaborative de documents
- GitLab pour le développement de scripts et de modèles informatiques en collaboration
- RENAVisio pour l’organisation de conférence
- FileSender pour l’échange de fichiers volumineux
- Southgreen pour l’accès au cluster de calcul
Ouverture internationale
Le doctorant sera affecté en Guadeloupe sur la station du CIRAD de Roujol.
Une partie de son fonctionnement pris en charge par le projet FEDER CavalBio permettra d’aborder des questions liées aux spécificités régionales (e.g. influence des vertisols, trait de qualité lié au
brunissement) dans le cadre d’une collaboration avec l’INRA (UR Astro), le CRB-PT, l’UMR QualiSud et l’Université des Antilles. Le doctorant interviendra donc sur un dispositif partagé de terrain CIRAD-INRA en Guadeloupe, cofinancé par ce projet FEDER et le projet Gates RTB-Foods.
Par ailleurs, le financement d’une partie du projet de thèse dans le cadre du projet RTB-Foods permet à l’unité de contribuer, via nos recherches réalisées dans la Caraïbe, à la production de partenariat et l’augmentation du rayonnement et de l’attractivité au Sud et plus particulièrement en Afrique de l’Ouest (Côte d’Ivoire, Bénin, Nigeria). Le doctorant aura donc l’occasion de participer à au moins une des réunions de projet et séminaires en Afrique. De même, un objectif connexe du travail de thèse consiste à initier un protocole d’évaluation « commun » de nos variétés avec la Cote d’Ivoire en partageant méthodes, outils et certaines variétés témoins.
Profil et compétences recherchées :
L’étudiant(e) recherché(e) aura démontré(e) une excellente réussite dans son cursus pré-thèse. Une ou des expériences antérieures de la conduite d’étude de terrain sera appréciée – en particulier s’il s’agit de phénotypage – mais pas obligatoire. Une volonté de s’insérer dans un groupe de recherche sur un terrain multi-culturel, est primordial.
Des connaissances et un intérêt en écophysiologie végétale et en génétique quantitative seront appréciées. Le (la) candidat(e) devra être familiarisé avec les techniques et concepts d’analyse d’image et de génotypage par séquencage. Une approche multidisciplinaire sera nécessaire pour mener à bien ce projet.
Compétences nécessaires :
- Bonne maitrise du langage de programmation R et de Rstudio
- Bonne maitrise des concepts de statistique
- Permis B obligatoire
- Excellentes capacités de rédaction
- Anglais lu, parlé et écrit
Yams Crop Physiologist
<http://www.cirad.fr/> Cirad, <https://umr-agap.cirad.fr/en> UMR AGAP (Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes), Bâtiment 01 - Bureau 107 TA A-108 / 01 - Avenue Agropolis - 34398 Montpellier Cedex 5 France
Tél. : +33 4 67 61 39 09
Secr. : +33 4 67 61 49 68
Web : <https://ziyanmannou.cirad.fr/> https://ziyanmannou.cirad.fr
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