Mots-Clés
bioinformatique
metagenomique
inference bayesienne
rhizosphere
plant microbiome
SynCom
Description
De la métagénomique aux communautés synthétiques : identifier les fonctions microbiennes impliquées dans la résistance des sols par inférence causale
Contexte, hypothèses et objectifs
Les microbiotes du sol jouent un rôle essentiel dans la protection naturelle des plantes contre les agents pathogènes telluriques. Certains sols présentent une résistance durable aux maladies grâce à l’activité de leur microbiome (Weller et al., 2002). Malgré les progrès de la métagénomique shotgun, les mécanismes fonctionnels responsables de cette résistance restent largement méconnus. Les travaux réalisés au laboratoire ont récemment mis en évidence des signatures fonctionnelles associées aux sols résistants à la fusariose, impliquant notamment le métabolisme du fer, les métabolites spécialisés, les biofilms ou encore les enzymes de dégradation des parois fongiques (Catry, 2025 ; Catry et al., soumis). Toutefois, ces approches demeurent essentiellement corrélatives et ne permettent pas de hiérarchiser les fonctions susceptibles de jouer un rôle déterminant dans la résistance des sols.
Notre laboratoire développe une stratégie originale de conception de communautés microbiennes synthétiques (SynCom) visant à reproduire les propriétés de sols naturellement résistants. Nous faisons l’hypothèse que cette résistance résulte de l’organisation de réseaux de fonctions complémentaires distribuées entre plusieurs microorganismes, plutôt que de l’action de fonctions ou de taxons isolés (Vorholt et al., 2017). L’objectif du stage est de développer des modèles causaux explicites intégrant les données métagénomiques, puis de les analyser dans un cadre bayésien afin de générer, comparer et hiérarchiser des hypothèses sur les mécanismes fonctionnels impliqués dans la résistance des sols. Ces modèles devront ensuite permettre de traduire les hypothèses retenues en règles opérationnelles pour la conception de SynCom.
Démarche et techniques
Le laboratoire dispose d’un jeu de données comprenant 48 métagénomes shotgun issus de quatre sols agricoles — deux résistants et deux sensibles — étudiés dans quatre conditions expérimentales : blé, blé inoculé avec Fusarium graminearum, tabac et tabac inoculé avec Thielaviopsis basicola, avec trois répétitions biologiques par condition. Les annotations fonctionnelles (KEGG, COG et CAZy), les profils taxonomiques et les propriétés physicochimiques des sols sont déjà disponibles.
Le travail consistera à intégrer ces différentes sources d’information afin de formaliser, sous la forme de modèles causaux, les relations possibles entre les caractéristiques des sols, les microorganismes, les fonctions qu’ils portent, les conditions expérimentales et le phénotype de résistance. Ces modèles seront analysés dans un cadre bayésien afin d’évaluer leur compatibilité avec les observations, de comparer des structures causales alternatives et de distinguer les fonctions simplement associées à la résistance de celles susceptibles d’exercer un effet direct ou indirect. Le modèle permettra également d’explorer différents scénarios d’intervention correspondant, par exemple, à la présence, à l’absence ou à la combinaison de certaines fonctions microbiennes. L’objectif ne sera pas de démontrer définitivement la causalité à partir des seules données métagénomiques, mais de formuler des hypothèses causales explicites, hiérarchisées et expérimentalement testables. Leur validation reposera ensuite sur la construction de SynCom, en collaboration avec Y. Moënne-Loccoz, professeur au sein de l’équipe Rhizosphère.
Résultats attendus
Le principal résultat attendu sera un modèle reliant les fonctions microbiennes, leurs interactions et le phénotype de résistance des sols. Ce modèle devra aboutir à un véritable cahier des charges pour la conception rationnelle des SynCom, précisant :
- les fonctions microbiennes à réunir ;
- leurs complémentarités et leurs interactions potentielles ;
- le niveau de redondance fonctionnelle souhaitable ;
- les taxons ou microorganismes susceptibles de porter ces fonctions ;
- les combinaisons prioritaires à tester expérimentalement.
Le stage permettra ainsi de passer d’une description des microbiomes résistants à la formulation de scénarios d’intervention destinés à guider la construction de communautés microbiennes synthétiques.
Informations pratiques
Le stagiaire sera hébergé dans le laboratoire Ecologie Microbienne au sein de l’équipe Rhizosphere. Ce stage bénéficiera d’une gratification de 6 mois. Pour tout renseignement ou candidature, merci d’adresser un CV et une lettre de motivation le plus rapidement possible pour démarrage début 2027 à l’attention de : Daniel MULLER (UCB Lyon1) daniel.muller@univ-lyon1.fr ; Yann DUFOUR (DatInsights) dufourya@icloud.com ; Danis ABROUK (CNRS) danis.abrouk@cnrs.fr .
Références
Catry M. (2025). Thèse de doctorat, Univ Lyon 1.
Catry M. et al. Manuscrit sur les fonctions métagénomiques des sols résistants (soumis).
Mendes R. et al. (2011). Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria. Science, 332, 1097–1100.
Vorholt J.A. et al. (2017). Establishing causality: opportunities of synthetic communities for plant microbiome research. Cell Host & Microbe, 22, 142–155.
Weller D.M. et al. (2002). Microbial populations responsible for specific soil suppressiveness to plant pathogens. Annual Review of Phytopathology, 40, 309–348.