Mots-Clés
métabolisme, modélisation mathématique, réseau métabolique, insecte, flux, plante
Description
Sujet de thèse ouvert au concours de l'école doctorale E2M2 - description complète sur : https://adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?matricule_prop=57040
Les pucerons sont des insectes ravageurs de cultures dont la prolifération est difficile à contrer ou à limiter sans avoir recours aux insecticides. Localisés sur les tiges et les feuilles des plantes, ils se nourrissent de sève phloémienne, et colonisent rapidement un champ agricole entier. Nous souhaitons comprendre les mécanismes derrière leurs capacités de croissance et de reproduction exceptionnelles, afin de prédire quels facteurs de la plante et de l’environnement ont le plus d’impact dans le succès de leur colonisation. Afin d’associer les facteurs environnementaux et de la plante à la croissance/reproduction des pucerons, notre approche consiste à construire un modèle mathématique simulant les flux de matière au sein de l’insecte, reliant son métabolisme à l’environnement.
Le projet démarrera par une étape de reconstruction de réseau métabolique, basée sur des outils bioinformatiques et utilisant les données génomiques disponibles sur ces insectes. Le travail s’appuiera sur les bases de données métaboliques développées au laboratoire, comme ArtSymbioCyc (http://artsymbiocyc.cycadsys.org) et sur l’analyse semi-automatique de ces bases grâce à des pipelines internes du laboratoire. En sortie, un réseau métabolique de haute qualité, représentant le métabolisme du puceron du pois (Acyrthosiphon pisum), constituera une première avancée marquante du projet. Le modèle métabolique, permettant d’estimer les flux matière du système, sera ensuite développé. Il se base sur un problème d’optimisation linéaire sur le réseau métabolique reconstruit (FBA ou analyse des flux à la balance). La ou le doctorant·e devra ainsi adapter une méthodologie de modélisation peu développée chez l’insecte à ce jour. L’étudiant·e développera des scripts pour analyser les flux obtenus, et procédera à une interprétation de leur signification biologique. Des données expérimentales seront intégrées pour nourrir le modèle et obtenir des flux quantitatifs, et de nouvelles données pourront être obtenues par l’équipe d’accueil. Ainsi, la construction du modèle suivra l’approche itérative de biologie des systèmes : i) acquisition de données, ii) implémentation dans un modèle, iii) simulations, iv) acquisition de nouvelles données guidées par la simulation, v) raffinement du modèle, etc. Dans un premier temps, ce modèle permettra d’étudier la structure du métabolisme de l’insecte au cours de son cycle de vie, et d’analyser finement comment les métabolismes carboné, azoté et énergétique sont impliqués dans les différentes étapes du cycle de vie de l’insecte.
Dans une seconde partie, le modèle sera complexifié en dissociant les métabolismes des différents organes de l’insecte (e.g. corps gras, tube digestif…), en intégrant des données physiologiques associées à ces organes, et en ajoutant le modèle métabolique, déjà développé par l’équipe, de la bactérie symbiotique du puceron, Buchnera aphidicola. Enfin, une dernière partie du projet de thèse intégrera des données physiologiques ou moléculaires représentant des perturbations du mode de vie du puceron : élévation de la température, baisse de la qualité de la sève, effets de molécules insecticides. Le modèle développé permettra alors de comprendre finement la réponse métabolique du puceron à ces stress. Il deviendra possible d’analyser comment les changements environnementaux et agronomiques peuvent influencer la colonisation d’un champ agricole par un insecte ravageur.