Régulation redox des thiols contrôlant la dormance et la germination des graines // Thiol‑Based Redox Regulation of Seed Dormancy and Germination

Les graines constituent une innovation évolutive majeure, à la base des écosystèmes terrestres et de l'agriculture humaine. Leur remarquable résilience et leur capacité de dispersion expliquent en grande partie le succès évolutif des plantes à graines. La germination correspond à une transition irréversible, marquant le passage d'un état de résistance au stress à un état de croissance active, et déterminant le moment et le lieu d'établissement des plantules. Comprendre comment les graines contrôlent avec précision cette décision critique est fondamental pour la biologie végétale, l'évolution et l'agriculture durable, notamment dans le contexte du changement climatique.
La germination ne se produit naturellement que lorsque les conditions locales sont favorables à l'établissement de la plante. Au‑delà de l'arrêt de la germination induit par le stress, les graines peuvent également empêcher leur germination même lorsque l'imbibition a lieu dans un contexte a priori propice à la croissance. Ce trait adaptatif, appelé dormance, est un déterminant majeur de la valeur sélective des plantes : il permet une germination saisonnière appropriée et la persistance des banques de graines dans le sol. La dormance primaire est acquise sur la plante mère puis progressivement levée au cours du temps à l'état sec (post‑maturation) ou en réponse à des signaux environnementaux spécifiques. Si la levée de dormance dans les graines imbibées implique des processus métaboliques actifs, la post‑maturation soulève une question clé : comment une graine sèche, dépourvue de métabolisme actif, peut‑elle percevoir le temps et ajuster sa capacité à germer ?
De plus en plus d'éléments indiquent que des modifications macromoléculaires passives survenant durant le stockage à sec, en particulier des processus oxydatifs, jouent un rôle central dans la levée de dormance. L'influence de l'oxygène, des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et de l'azote (RNS) dans ce processus est désormais bien établie. Si de nombreuses oxydations sont associées à la détérioration des graines, certaines modifications oxydatives réversibles, notamment celles affectant les groupements thiols des cystéines, agissent comme de véritables interrupteurs biologiques modulant l'activité, la localisation et la fonction des protéines. La régulation redox basée sur les thiols est assurée par des systèmes conservés tels que les thioredoxines, les glutaredoxines et les réductases dépendantes du NADPH, ainsi que par leurs substrats comme le glutathion. Cependant, l'impact du stockage à sec sur l'état redox des protéines a thiols des graines et la contribution de ces modifications au contrôle de la germination restent largement inconnus.
L'objectif de cette thèse est (i) de caractériser la relation entre l'état de dormance et la dynamique des modifications post‑traductionnelles redox des protéines à l'état sec et durant l'imbibition, et (ii) d'identifier et de valider fonctionnellement des protéines clés régulées par le redox contrôlant la capacité de germination.
Le projet s'articule autour de trois axes complémentaires : l'analyse du rôle de la régulation redox basée sur les thiols dans la levée de dormance ; l'identification, par des approches de protéomique redox, de cibles protéiques associées à la post‑maturation ; et la validation fonctionnelle de ces cibles par des approches génétiques et transgéniques, ainsi que l'étude de la conservation évolutive des cystéines régulées. Ce travail apportera des connaissances fondamentales sur le contrôle redox de la germination et ouvrira des perspectives applicatives en agriculture, conservation des graines et restauration des écosystèmes.
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Seeds represent a major evolutionary innovation underlying both terrestrial ecosystems and human agriculture. Their remarkable resilience and mobility enable plants to survive adverse environments and colonize new habitats. Germination constitutes a decisive and irreversible transition from stress tolerance to growth, determining the timing and location of seedling establishment. Understanding how seeds control this critical decision is therefore central to plant biology, evolution, and sustainable agriculture, particularly in the context of climate change.
Seed germination is tightly regulated to ensure that it occurs only under favourable conditions. Beyond stress induced germination arrest, seeds can actively prevent germination even when environmental conditions appear suitable through a heritable trait known as dormancy. Primary dormancy is established during seed development and is subsequently released over time in the dry state (after ripening) or in response to specific environmental cues. While dormancy release in imbibed seeds involves active metabolic processes, after ripening presents a long standing biological paradox: how can seeds measure time and modify germination capacity in the absence of water and canonical metabolism?
Accumulating evidence suggests that passive macromolecular modifications occurring during dry storage, notably oxidative processes, play a central role in after ripening. Oxygen availability, reactive oxygen species (ROS), and reactive nitrogen species (RNS) have all been implicated in dormancy alleviation. Although oxidative damage has traditionally been associated with seed deterioration, specific reversible oxidative protein modifications (particularly those involving cysteine thiols) are now recognized as regulatory mechanisms controlling protein activity, localisation, and signalling. Thiol based redox regulation is mediated by conserved cellular systems such as thioredoxins, glutaredoxins, NADPH dependent reductases, and their redox substrates, including glutathione. However, despite the known importance of thiol reduction during germination, how dry storage alters the redox status of seed protein thiols and how these modifications influence germination control remains largely unexplored.
This PhD project aims (i) to establish the relationship between seed dormancy status and the dynamics of thiol based redox protein modifications during dry storage and imbibition, and (ii) to identify and functionally validate key redox regulated proteins that control germination capacity.
The project is structured into three complementary research axes. The first axis will assess the importance of thiol based redox regulation in dormancy release using genetic and environmental perturbations and real time monitoring of glutathione redox dynamics. The second axis will employ redox proteomic approaches to identify proteins whose thiol redox status correlates with dormancy status and storage conditions. The third axis will functionally validate candidate proteins through genetic and transgenic strategies and evaluate the evolutionary conservation of redox regulated cysteine residues.
Altogether, this project will uncover fundamental mechanisms by which seeds integrate redox information to control germination timing and will provide a framework for innovative strategies to modulate germination in agriculture, seed conservation, and ecosystem restoration.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Perpignan Via Domitia

305 Energie et Environnement

Le candidat ou la candidate devra être titulaire d'un diplôme de Master 2 ou équivalent. Des connaissances en biologie moléculaire ainsi que des compétences en techniques de manipulation des acides nucléiques et des protéines sont requises. Une compétence en biologie des graines constituera un atout. Le candidat devra faire preuve d'esprit critique, d'investissement personnel et de persévérance, et être capable de travailler à la fois en équipe et de façon autonome.
The candidate must hold a Master's degree (Master 2) or an equivalent qualification. Solid knowledge in molecular biology, as well as practical experience in techniques for manipulating nucleic acids and proteins, is required. Experience in seed biology will be considered an asset. The candidate should demonstrate critical thinking, personal commitment, and perseverance, and be able to work both independently and as part of a team.