Thèse Analyse du Rôle de Transporteurs de K+ de Riz dans la Nutrition et le Développement Racinaire H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Agro Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : IPSiM - Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
Direction de la thèse : Anne-Aliénor VERY ORCID 0000000319615243
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Le projet s'inscrit dans le contexte général des transitions des systèmes agricoles vers l'agroécologie, et aborde plus spécifiquement des enjeux liés à la nutrition minérale et le développement adaptatif du système racinaire chez une plante modèle de grande culture, le riz. L'équipe s'intéresse à la nutrition K+ de la plante, K+ étant le macronutriment requis en plus grande quantité. Comme pour d'autres macronutriments comme le nitrate ou le phosphate, la plante répond à la disponibilité en K+ en adaptant le développement de son système racinaire.
En fonction des conditions environnementales, dont la disponibilité de K+ dans le sol, la plante utilise pour acquérir cet élément minéral différents systèmes de transports, canaux ioniques ou transporteurs. Des transporteurs de K+ de la famille HAK/KUP/KT sont connus pour jouer un rôle important dans le développement racinaire chez Arabidopsis comme chez le riz, mais le mécanisme en jeu reste incomplètement déterminé.
L'objectif général du projet est de mieux comprendre comment ces systèmes contrôlent le développement racinaire. En particulier, les relations entre l'activité de transport de ces systèmes et leur rôle développemental seront analysées. Le projet ciblera une branche de cette famille de transporteurs concernée par un contrôle du développement racinaire. Le niveau de diversité de réponse au sein de cette branche de systèmes sera examiné.
L'approche mise en oeuvre sera une approche « classique » de physiologie moléculaire, en associant la production et la caractérisation moléculaire de mutants pertes de fonction et/ou de lignées sur-exprimant les gènes ciblés (certains mutants étant déjà disponibles dans l'équipe), l'analyse de leurs phénotypes de développement racinaire dans différentes conditions nutritionnelles, les profils d'expression des gènes ciblés à différentes échelles (sub-cellulaire, tissulaire) et la régulation de leur expression, et les fonctions de transport des protéines codées par ces gènes dans des systèmes hétérologues (levure, oocyte de xénope...).

The project will be developed in the general context of the transition of agricultural systems towards agroecology. More specifically, it addresses issues related to mineral nutrition and the adaptive development of the root system (Kellermeier et al., 2013) in the model crop rice.
Root development plays a fundamental role in plant productivity, particularly in non-artificial environments, which are often characterized by low water and nutrient availability. The high plasticity of the root system allows it to respond quickly to water and nutrient deficits in the environment (Gruber et al., 2013). Among the macronutrients necessary for plant development, potassium (K+) is required in large quantities. It is essential for various functions, such as cell elongation, osmoregulation, and control of stomatal movements. K+ is absorbed at the roots and distributed throughout the plant by a range of dedicated transport systems (encoded by several dozen genes) belonging to different families (Véry & Sentenac, 2003).
We propose to study a clade of HAK/KUP/KT (High-affinity K+ transporters) genes in rice roots (Gupta et al., 2008) that have not yet been characterized, or only to a limited extent. Some HAK/KUP/KT transporters are described as playing an important role in root development alongside K+ transport (Osakabe et al., 2013; Chen et al., 2015; Santa-María et al., 2018). The link between their root developmental control and their functional properties has not been sufficiently established.
In a preliminary study, we observed that a loss-of-function mutant for four HAK genes exhibits root development defects. We wish to confirm these data and explore the roles of K+ transport deficiency in this mutant in the root development. We will also determine whether all genes in the clade have a similar function. The proposed approaches are as follows: (1) A detailed analyses of the role in root development of the different genes in this clade, carried out in rhizoboxes (Madani et al., 2023) under different conditions (K+ deficiency or not, addition of hormonal growth inducers or inhibitors); (2) Functional analyses of these HAK transporters expressed in heterologous systems (yeast or bacteria, Xenopus oocytes) to clarify the transport properties of each (direction of transport, co-transport properties?, ...); (3) The localization of these genes in root cells and the regulation of their expression according to nutritional status.

The aim is to characterize the role of HAK/KUP/KT K+ transporters in root development in rice

The work will be done on rice. To study the candidate genes, rice knock-out (KO) mutants will be made using the CRISPR-Cas9 technique. Transgenic rice lines overexpressing the genes of interest or promoter::GUS fusions will also been produced. The recombinant rice plants will be studied at the phenotypic and molecular levels. Root architecture will be phenotyped in rhizobox devices. High resolution scans of root systems will be analyzed for detailed root traits. The function of the genes of interest relating to ion transport will be studied in heterologous systems such as yeast or Xenopus oocytes.