Thèse Évolution de la Panicule chez le Riz Africain Réseaux de Régulation Génique Gouvernant son Développement et son Remodelage par la Domestication H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : DIADE - Diversité, Adaptation et DEveloppement des plantes
Direction de la thèse : James TREGEAR ORCID 0000000299404384
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Le riz contribue à la sécurité alimentaire de plus de la moitié de la population mondiale. L'architecture de la panicule de riz (une inflorescence composée) est un composant important du potentiel de rendement ; elle est définie lors de la phase précoce de son développement, notamment autour des stades de jeune panicule de 1 à 2 mm (Ikeda et al., 2004). Pour optimiser la sélection de variétés de riz à haut rendement, il est donc essentiel d'identifier les gènes impliqués dans le développement de la panicule, de caractériser leur variation naturelle et d'élucider leurs mécanismes de régulation.
Bien que de nombreux gènes contrôlant le développement de la panicule de riz aient été identifiés (Xing et al., 2010 ; Ikeda et al., 2013), la structure et l'évolution de leurs réseaux de régulation restent mal comprises, en particulier dans le contexte de la diversité morphologique entre le riz sauvage et cultivé africain. Les espèces de riz africaines possèdent des caractères précieux pour l'adaptation au changement climatique, mais leurs rendements restent généralement inférieurs à ceux du riz asiatique, soulignant la nécessité de mieux comprendre les bases moléculaires de la diversité des panicules dans cette lignée évolutive.
La diversité phénotypique repose en grande partie sur la variation de l'expression des gènes, elle-même contrôlée par des variants cis-régulateurs (séquences promotrices non codantes) et des facteurs trans-régulateurs (protéines régulatrices) (Lappalainen et al., 2013 ; Albert et Kruglyak, 2015).). Pour étudier les bases moléculaires de la régulation de l'identité des méristèmes en lien avec la diversité architecturale des inflorescences, nous avons mis en place des analyses transcriptomiques comparatives entre les espèces de riz cultivées et sauvages africaines. Cette démarche est complétée par une étude de l''expression allèle spécifique (ASE) chez des hybrides F1 interspécifiques de riz africain, permettant de d'évaluer les contributions des régulations cis et trans aux différences d'expression observées entre les parents à chaque locus.
Les modifications évolutives subies par le riz dans la régulation de ses gènes, au sein et entre les espèces, seront inférées à travers les divergences de dynamique d'expression et d'architecture régulatrice associée. L'impact relatif des changements cis- et trans-régulateurs au cours de l'évolution sera étudié via des analyses intégrées de l'ASE chez les hybrides F1 ainsi que leurs lignées parentales.
Pour identifier davantage de variants non codants associés à des modifications de la liaison des facteurs de transcription, nous combinerons des études de l'empreinte de ces protéines par MOA-seq (Savadel et al., 2021) avec des analyses alléliques spécifiques chez les hybrides F1 (Engelhorn et al., 2025). Cette stratégie intégrative permettra de cartographier les variants régulateurs sur des trajectoires spécifiques d'expression développementale.
Ce projet de thèse vise à identifier les gènes régulateurs-clé et les variants non codants sous-jacents à la diversité architecturale de la panicule en relation avec la domestication du riz africain. En reliant les changements évolutifs au sein de l'appareil régulateur des gènes aux trajectoires développementales de la panicule, ce projet apportera des éclairages mécanistiques sur la manière dont la domestication a remodelé le développement de l'inflorescence. À terme, ces travaux contribueront à identifier des variants génétiques associées aux caractères de rendement, offrant des cibles pour l'édition génomique et des stratégies d'amélioration intelligente afin d'accroître la productivité du riz.
Comprendre les bases génétiques et régulatrices des caractères liés au rendement est essentiel pour développer des variétés de cultures résilientes et pour assurer une production stable dans les scénarios climatiques futurs.

The PhD thesis work will be carried out in the DIADE (Diversity, Adaptation and Development of Plants) research unit at the French National Research Institute for Sustainable Development (IRD) in Montpellier. The PhD student will be accommodated within the working environment of the REPROD team (https://www.umr-diade.fr/equipe/reprod/) and will benefit from the wide and complementary range of technical skills and thematic expertise in the group, including, panicle developmental biology, transcriptomic NGS analysis, genome-wide analysis of TF binding, chromatin, and pan-cistrome analysis.
Rice is a staple food for more than half of the world's population, including many developing countries. The Oryza genus includes two cultivated species, independently domesticated in Asia and Africa from the wild species, and resulting in increased panicle branching complexity compared to their wild ancestors (Harrop et al., 2019, Ta et al., 2017).
Studying panicle architecture is not only agronomically important but also fundamental for understanding the cellular and molecular mechanisms regulating branching and, more broadly, plant morphological evolution. In this context, the UMR DIADE has developed several approaches to identify the cellular and molecular determinants of panicle branching and their impact on the evolution of this trait, based on comparative studies of African wild and cultivated species (Harrop et al., 2019; Ta et al., 2017; Cubry et al., 2020; Ntakirutimana et al., 2023).

The main objective of this PhD project is to identify and perform the initial functional characterization of candidate regulatory regions underlying panicle architectural diversity and yield-related traits in African rice.

Specific objectives :
1. Characterize comparative gene expression dynamics during early panicle development : Analyze and compare transcriptional trajectories in cultivated and wild African rice species to identify genes and developmental programs associated with panicle architectural divergence.

2. Dissect cis- and trans-regulatory contributions to expression divergence : Perform allele-specific expression (ASE) analyses in interspecific F1 hybrids and their parental lines to quantify the relative impacts of cis- and trans-regulatory variation on gene expression evolution.

3. Identify candidate regulatory regions in the rice genome associated with transcriptional divergence : Generate and analyze MOA-seq data to map allele-specific transcription factor footprints in F1 hybrids and integrate these profiles with ASE results to identify non-coding regulatory variants affecting gene expression during panicle development.

4. Integrate multi-layer regulatory data to define candidate loci for yield improvement
Combine comparative transcriptomics, ASE, and MOA-seq to construct regulatory maps of panicle development and prioritize candidate genes and regulatory regions linked to domestication-associated architectural changes and stress resilience.

The project will allow the PhD candidate to develop a broad skill-set within the broad area of plant genomics, including molecular biology, analysis of NGS data and multi-omics data integration. Molecular biology work, including MOA-seq library preparation, will be carried out in-house with training provided by the co-supervisor, the laboratory's engineer (Marie Christine Combes) and with the support of Julia Engelhorn. Bioinformatics analyses will benefit from the local bioinformatics cluster facility (i-Trop) and training in use of the cluster utilisation as well as technical support (e.g. installation of software modules) will be provided by the local bioinformatics team.