Le vendredi 6 mars 2026,  Pauline STEVENNE présentera l'examen en vue de l’obtention du grade académique de Docteur en Sciences (Collège de doctorat en Biochimie, biologie moléculaire et cellulaire, bioinformatique et modélisation) sous la direction de Marc HANIKENNE et Frédéric BOUCHE.

Cette épreuve consistera en la défense publique d’une dissertation intitulée :

« Natural variation in the zinc deficiency responses among accessions of the grass model Brachypodium distachyon ».

Le Jury sera composé de :

M. P. TOCQUIN (Président), Mmes et MM. M. BARBERON (University of Geneva), F. BOUCHE (Co-promoteur), P. DELAPLACE (Secrétaire), M. HANIKENNE (Promoteur), M. QUINET (UCLouvain), N. VERBRUGGEN (ULB).

Résumé

Le zinc (Zn) est un nutriment essentiel pour les plantes. Dans leur environnement, les plantes sont souvent exposées à un approvisionnement limité en Zn dans les sols. En effet, les sols carencés en Zn couvrent une grande surface de terres cultivables, incluant de nombreuses régions peuplées et pauvres dans le monde. La carence en Zn réduit les performances de plantes et le rendement des cultures, ce qui impacte gravement la santé humaine. Dans une certaine mesure, les mécanismes d’homéostasie du Zn permettent aux plantes de maintenir des concentrations tissulaires en Zn dans les limites physiologiques en réponse à une carences. Ces mécanismes ont été principalement étudiés chez Arabidopsis et le riz. Malheureusement, leur transfert aux cultures de Pooideae reste limité. Dans ce contexte, nous exploitons la diversité naturelle de Brachypodium distachyon comme plante modèle pour aborder cette question. Les accessions de B. distachyon ont principalement évolué autour de la méditerranée, caractérisée par une disponibilité en Zn très variable dans les sols. 

Pour étudier 15 accessions de B. distachyon, nous avons développé 2 systèmes de culture permettant de manipuler l’apport en Zn : (i) un système hydroponique circulant pour le développement du grain au grain, où l’apport en Zn peut être finement ajusté, et (ii) un sol à pH élevé (à l’aide de CaO), qui réduit la disponibilité en Zn et d’autres nutriments. Cette deuxième méthode reproduit les conditions rencontrées sur le terrain. Ensemble, ces deux approches apportent des perspectives complémentaires, permettant l’étude précise de la carence en Zn et les effets naturels sur sol. De plus, nous avons implémenté un protocole de transformation, permettant les futures études fonctionnelles de gènes impliqués dans les réponses à la carence en Zn.  

Les expériences dans le système hydroponiques ont révélé que B. distachyon ne présente aucun symptôme visible de carence en Zn au stade végétatif, quelle que soit l’accession. Néanmoins, les concentrations tissulaires en Zn ont été affectées de manière différente selon les accessions. Parmi les 15 accessions étudiées, Bd1-1 et RON2 ont montré des réponses contrastées et ont été sélectionnées pour une analyse RNA-Seq. Dans les parties aériennes, cette analyse a identifié des réponses transcriptomiques faibles et similaires. En revanche, les racines de Bd1-1 ont montré une réponse transcriptionnelle plus marquée que RON2. Les gènes différentiellement exprimés chez Bd1-1 comprenait la surexpression de gènes de la famille ZIP («Zn-regulated transporter (ZRT), iron-regulated transporter (IRT)-like protein »), connus pour jouer un rôle clé dans les réponses à la carence en Zn, ainsi que des gènes impliqués dans le développement racinaire et la biosynthèse de la paroi cellulaire. 

En revanche, la croissance sur sol alcalin a induit des phénotypes liés au stress, notamment une réduction de la biomasse. D’autres nutriments que le Zn ont également été affecté par ce traitement. De plus, des paramètres comme la germination des graines ou la concentration en pigments photosynthétiques ont été impactés. Tous ces effets variaient selon l’accession.
 
L’ensemble de ces résultats suggèrent que B. distachyon est généralement tolérante à la carence en Zn étant donné qu’aucun symptôme n’était visible malgré la carence en Zn. Ces résultats sont cohérents avec des études antérieures chez les monocotylédones. Ceci souligne que les espèces de monocotylédones sont généralement plus tolérantes à la carence en Zn que les dicotylédones. Cette observation renforce la pertinence de l’utilisation d’une plante modèle des monocotylédones. De plus, nos résultats démontrent l’intérêt de combiner le système hydroponique et la culture en sol. Les accessions présentent une variation phénotypique plus importante et des effets plus prononcés sur le sol alcalin. Pour observer des effets phénotypiques marqués en carence en Zn stricte, les futures études devraient se concentrer sur la transition florale et le stade reproductif.