Avis de Soutenance de thèse

Mercredi 17 décembre 2025 à 14h00 – Amphi Philippe Lamour

Timothy Mozzanino

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Etude de la variation génétique naturelle de la réponse des plantes à l’élévation des teneurs en CO2 atmosphérique

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes
Etablissement : Université Montpellier

Unité de recherche : IPSiM – Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
Direction de thèse : Antoine MARTIN
Equipe : Sirene – Signalisation nitrate et Régulation par l’Environnement

Devant le jury composé de :

Résumé :
L’augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique (CO₂) constitue l’un des principaux facteurs du changement climatique global et influence fortement la physiologie, la nutrition minérale et la croissance des plantes. L’objectif de cette thèse est d’identifier et de caractériser les gènes impliqués dans la réponse des plantes à une élévation de CO₂, en combinant des approches de génétique d’association (GWAS) et de physiologie végétale sur Arabidopsis thaliana.
L’analyse des variations relatives de la teneur en éléments minéraux en réponse au CO₂ a permis d’identifier deux gènes : GATA4, impliqué dans la régulation du métabolisme azoté, et MIC, associé à la variation du fer (Fe).
L’étude du Manhattan plot pour la teneur en azote a mis en évidence une région du chromosome 3 contenant GATA4, un facteur de transcription régulant des gènes liés à l’assimilation du nitrate (GLN2, NLP2, NLP3) et au remodelage de la paroi cellulaire. Les analyses transcriptomiques (TARGETseq et RNA-seq) ont confirmé son rôle d’intégrateur entre métabolisme et croissance. Le mutant gata4 présente une réduction de biomasse et de photosynthèse sans modification du taux de sucrose, suggérant un défaut dans la synthèse ou la dégradation de l’amidon. De plus, gata4 ne montre pas l’allongement racinaire induit par le CO₂, traduisant une perturbation de la division cellulaire et de la signalisation auxinique. L’interaction de GATA4 avec la signalisation par HXK1, ainsi que sa régulation transcriptionnelle par HY5, indique un module HY5–GATA4 coordonnant les signaux lumineux, carbonés et azotés. Ces résultats positionnent GATA4 comme un intégrateur central de la réponse au CO₂, ajustant les processus métaboliques et de croissance selon la disponibilité en carbone.
Parallèlement, l’analyse du changement relatif de la teneur en Fe a conduit à la caractérisation d’un nouveau gène, MIC, associé à la réponse négative du CO₂ sur la teneur en fer. Le mutant mic présente une accumulation accrue de Fe sous CO₂ élevé, suggérant une implication dans l’homéostasie du métal. Annotée comme une perméase Fe³⁺–dicitrate, MIC pourrait assurer un rôle de transport intracellulaire du fer, possiblement au niveau du Golgi, où elle est principalement localisée. Son expression n’est pas régulée par la disponibilité en Fe, mais son abondance protéique est modulée par le CO₂, indiquant un contrôle post-transcriptionnel. Des approches de complémentation hétérologue et d’imagerie (CryoNanoSIMS) permettront de confirmer sa fonction et d’élucider la dynamique du Fe à l’échelle subcellulaire.
Ces travaux révèlent deux modes de réponse distincts au CO₂ : une régulation transcriptionnelle, via GATA4, et une régulation post-traductionnelle, via MIC. Le CO₂ apparaît ainsi comme un signal environnemental complexe induisant des réponses spécifiques à chaque élément minéral. Afin d’identifier les déterminants génétiques de la perception du CO₂, de nouvelles analyses GWAS combinant plusieurs populations naturelles d’A. thaliana sont proposées, de même que l’étude de mutants des senseurs de CO₂ connus (MPK4, MPK12, CBC1).

Mots-clés : Variation génétique naturelle, CO2, Nutrition, Adaptation, Arabidopsis, Blé