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Contexte

L'étude Esteban conduite par Santé Publique France a récemment montré que la concentration urinaire de l'élément trace métallique (ETM) toxique cadmium (Cd) était supérieure à la valeur critique toxicologique pour 48% des individus testés (Oleko et al., 2021). Les études sur l'alimentation des Français (Etude de l'Alimentation Totale, EAT) confirment une augmentation avec le temps de l'exposition alimentaire au Cd, les produits dérivés du blé étant un contributeur majeur (Anses, 2011). Par conséquent, la réglementation européenne pour les contaminants alimentaires (EC1881/2006) est devenue plus stricte et la limite pour la teneur en Cd du blé a été abaissée de 0,2 mg Cd/kg à 0,1 mg Cd/kg pour le blé tendre et à 0,18 mg Cd/kg pour le blé dur (EC1323/2021). Les études Esteban et EAT ont également révélé certains risques pour le nickel (Ni), le plomb (Pb) et l'arsenic (As), soulignant la nécessité de réduire les ETM nocifs dans les produits alimentaires. Par ailleurs, il a été observé que la sélection de variétés de blé à haut rendement lors de la révolution verte s’était accompagnée d’une baisse de leur concentration en oligoéléments fer (Fe) et zinc (Zn) dans les grains. Cette évolution est problématique pour les personnes dont le régime alimentaire est principalement ou exclusivement basé sur les produits végétaux car le risque de carence pour ces oligoéléments est significatif.

Objectifs et hypothèses de la thèse

Le travail de thèse proposé à pour objectif d’étudier l’allocation des ETM au grain chez le blé pour in fine pouvoir identifier des caractères écophysiologiques utiles à la sélection de blés accumulant peu d’ETM toxiques (As, Cd, Ni, Pb) tout en conservant voire en renforçant leurs teneurs en Fe et Zn. D’après les travaux rapportés dans la littérature et ceux conduits par Ispa, plusieurs hypothèses fondatrices sont faites:

1. Il existe une variabilité intraspécifique exploitable pour certains caractères écophysiologiques liés à la teneur en ETM des grains: taille et architecture du système racinaire qui déterminent l’acquisition des ETM du sol, répartition de la biomasse entre organe qui conditionnent les relations entre les organes sources¹ et les organes puits² pour les ETM, structure des tissus conducteurs qui assurent le transport des ETM, écophysiologie de la plante (activité rhizosphérique, phénologie,…).
2. La variabilité intraspécifique des caractères écophysiologiques a un effet significatif sur la teneurs en ETM du grain et il est possible d’identifier les caractères favorables.
3. Il est possible d’abaisser la teneur des grains en contaminants sans impacter celle en Fe et Zn que l’on cherchera à augmenter.
4. Les caractères écophysiologiques d’intérêt ne nuisent pas aux autres performances agronomiques majeures, notamment le rendement.
5. Les caractères écophysiologiques d’intérêt sont assez stables dans différents environnement pour présenter une valeur pour la sélection variétale.

Le travail de thèse s’attachera donc à comprendre les relations sources-puits entre organes pour les ETM contaminants et pour les oligoéléments afin d’identifier et de tester les caractères écophysiologiques d’intérêt. Cette approche sera conduite en parallèle d’une approche de génétique quantitative (GWAS: genome wide association study) conduite par ailleurs (hors thèse) et qui vise à identifier les régions chromosomiques (QTL: quantitative traits loci) et les gènes d’intérêts pour réduire la teneur des grains en ETM contaminants tout en préservant les qualités nutritionnelles pour Fe et Zn.

Programme prévisionnel

Le travail de thèse comporte deux volets et potentiellement un troisième si l’état d’avancement des travaux le permet:

1. Etude de la variabilité intraspécifique des caractères écophysiologiques décrits précédemment et identification des plus intéressants. 40 génotypes de blé tendre et 20 de blé dur seront cultivés au champ sur deux sites aux conditions environnementales distinctes. L’étude fine du système racinaire sera conduite en conditions contrôlées.
2. Etude du fonctionnement de l’allocation des ETM à et au sein de l’épi. Il s’agit d’étudier le rôle joué par le dernier nœud de la tige dans la sequestration/distribution des ETM à l’épi et de comprendre les relations entre l’allocation des assimilats carbonés et celle des ETM aux différents grains de l’épi. Ces travaux seront conduits sur un génotype de blé tendre et un de blé dur en conditions contrôlées.
3. Test des caractères écophysiologiques d’intérêts dans différents environnements pour évaluer leur stabilité. Les génotypes de blé tendre et de blé dur présentant les caractères écophysiologiques retenus seront évalués par des essais agronomiques conduits sur 4 sites géographiques contrastés.

Le travail de thèse mettra en œuvre des expérimentation/observations aux champs (collaborations Florimond-Desprez, RAGT, Arvalis Institut du végétal) et en laboratoire, des manipulations de la croissance des plantes (modification de la transpiration, de l’allocation des assimilats par destruction du phloème, collaboration avec Inrae GDEC, Clermont-Ferrand), des analyses chimiques élémentaires (ICP-MS et OES, collaboration Usrave, Inrae Bordeaux) incluant de l’imagerie pour la localisation et la spéciation des ETM dans les tissus (microfluorescence X, Xanes, tomographie: collaboration avec l’Iprem, Univ. de Pau), du traitement statistique de données et de la modélisation.

La thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR BSWheat (2023-2027) qui finance la totalité de l’allocation de recherche et les coûts de fonctionnement. Le site internet du projet peut être consulté pour plus de détails (https://bswheat.hub.inrae.fr/). La thèse sera conduite en étroite collaboration avec les partenaires du projets, et plus particulièrement avec l’UMR GDEC.

Profil de candidat recherché

Forte motivation pour la recherche. Formation en biologie ou écophysiologie végétale ou agronomie, compétences et motivation pour l’analyse de données et la modélisation, forte capacité à travailler en collaboration en mode projet (notamment qualités relationnelles et aptitudes organisationnelles), autonomie, esprit d’initiative et motivation sont particulièrement recherchées. Le travail comporte une part expérimentale de terrain significative avec les déplacements de 2-3h associés.

Candidature et modalités de recrutement

Le/la candidat(e) devra valider sa candidature en passant le concours de l’école doctorale Science de l’environnement de l’université de Bordeaux où il sera inscrit (fin Juin, début Juillet 2023). Le financement est acquis.

Début de la thèse: 01 septembre 2023 pour une durée de 3 ans

Unité de rattachement: UMR ISPA, Inrae, Villenvae d’Ornon

Directeur de thèse: Christophe NGUYEN (Directeur de recherche Inrae)

Partenaires:

1. Inrae, GDEC, Clermond Ferrand,Ecophysiologie et génétique du blé
2. Inrae Usrave, laboratoire d’analyses de végétaux, Villenave d’Ornon
3. Iprem-UPPV,imagerie et spéciation in situ des ETM
4. Florimond-Desprez et RAGT2N, sélectionneurs de blé privés
5. Arvalis Institut du végétal, Institut technique, génétique du blé dur, transfert vers la profession

Pour candidater, envoyer une lettre de motivation et un curriculum vitae à christophe.nguyen@inrae.fr

1Sources: organes exportateurs net

2Puits: organes importateurs net