Laboratoire Ampère

Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1
Laboratoire Ampère
Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005
Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale
et Applications
GéGène : Etude du rôle de la transformation génétique bactérienne médiée par
électroporation naturelle (foudre) dans l’évolution globale du Génome et des Gènes
de fonctions liées à la fitness chez les bactéries atmosphériques.
Laboratoire : Ampère, UMR CNRS 5005
Domaine scientifique principal : Génomique microbienne environnementale,
Domaine scientifique secondaire : Champs électriques/foudre.
Mots clés (5 max) : Adaptation et évolution bactériennes, transfert de gènes,
electroporation/foudre, nuages/pluie, maladie bactérienne des plantes.
Directeurs de thèse et comité d’encadrement
Directeur de thèse : Simonet Pascal – [e-mail] (encadrant principal)
Comité d’encadrement
Demanèche Sandrine – [e-mail] (co-encadrant et contact)
Buret François (co-encadrant), Morris Cindy (INRA, co-encadrant)
Départements concernés : Bio-ingénierie
Groupes concernés : Génomique microbienne environnementale, Bio-élec. et Microsystèmes
Collaboration(s)/partenariat(s) extérieurs : INRA Avignon (Dr Cindy Morris)
Contexte Scientifique (5 lignes max)
Le transfert horizontal de gènes constitue un des principaux mécanismes d’évolution chez les
bactéries et est impliqué dans leur potentiel d’adaptation. La transformation génétique des bactéries
par electroporation naturelle lors des orages pourrait être particulièrement importante pour permettre
l’évolution des génomes des bactéries qui sont, du fait de leur présence dans les nuages directement
sous l’influence de la foudre. La bactérie pathogène des plantes, P. syringae constitue un excellent
modèle pour étudier l’implication de ces phénomènes sur le pouvoir pathogène.
Objectif de la thèse, verrous scientifiques et contribution originale attendue (1 page max)
Le transfert horizontal de gènes constitue un des mécanismes majeurs d’évolution des génomes des
bactéries, qui leur a permis de coloniser les différents écosystèmes de notre planète. Ces
mécanismes sont toujours actifs de nos jours pour favoriser l’adaptation aux variations des conditions
environnementales. Différents mécanismes moléculaires ont été identifiés pour favoriser les
échanges de gènes entre taxons même phylogénétiquement éloignés, dont la conjugaison
(implication de plasmides), la transduction (implication de bactériophages) et la transformation. Ce
dernier mécanisme, quand il est génétiquement codé chez les bactéries capables de développer un
stade de compétence, implique l’intégration par la cellule bactérienne d’ADN nu extracellulaire. Les
chercheurs d’Ampère ont mis en évidence au début des années 2000 un mécanisme alternatif de
transformation lié à la création de pores dans les enveloppes de la cellule bactérienne suite aux
stimuli électriques produits lors de la décharge de foudre. Ainsi rendues « electro-compétentes »,
ces cellules bactériennes sont capables d’intégrer et pérenniser dans leur génome des gènes portés
sur l’ADN extracellulaire présent dans leur environnement proche, mais aussi de récupérer
directement l’ADN intracellulaire de cellules electro-compétentes dont les pores peuvent aussi
permettre l’excrétion de l’ADN. Si l’implication de ces mécanismes abiotiques de transfert de gènes
est nécessairement limitée dans le sol aux bactéries colonisant les zones soumises aux décharges
de foudre, l’impact évolutif et adaptatif pourrait être beaucoup plus important chez les taxons
bactériens colonisant naturellement l’atmosphère et en particulier les nuages où les conditions
favorables à l’electroporation naturelle doivent se développer pendant des périodes de temps
significatives au cours de l’année. Les équipes d’Ampère sont donc particulièrement intéressées à
déterminer si les bactéries de ces écosystèmes présentent des potentialités spécifiques vis-à-vis de
l’electroporation naturelle, mécanisme adaptatif qui aurait pu être sélectionné pendant l’évolution,
quel rôle pourrait avoir ce mécanisme dans l’évolution de leur génome et en particulier sur certaines
fonctions particulièrement impliquées dans la fitness (valeur adaptative).
A ce titre, la bactérie Pseudomonas syringae constitue un modèle d’étude particulièrement pertinent
par sa présence fréquente dans les nuages et son adaptation aux différentes étapes du cycle de
l’eau.

Ce travail sera réalisé en collaboration avec l’équipe du Dr Cindy Morris, chercheur INRA spécialiste
des P. syringae à l’INRA d’Avignon.
Programme de recherche et démarche scientifique proposée (1/2 page max)
Le programme de recherche proposé est le suivant
1. Bibliographie et acquisition de compétences pour le travail au laboratoire de microbiologie.
Mécanismes du transfert horizontal de gènes. Electroporation. Evolution des génomes.
2. Caractérisation des isolats de P. syringae disponibles dans les collections de l’INRA
d’Avignon. Détermination du potentiel glaçogène, du potentiel d’électroporation et du
potentiel pathogène des isolats en relation avec leur statut taxonomique et phylogénétique.
3. Détermination des potentialités de l’electroporation pour transférer les gènes adaptatifs entre
isolats et de la modification de leur fitness.
4. Impact des chocs électriques occasionnés par l’electroporation répétée sur la survie et
l’évolution des génomes des isolats de P. syringae.
5. Extension des expérimentations à d’autres souches bactériennes isolées dans les eaux de
pluie (caractérisation taxonomique, tests de pathogénie, capacités glaçogènes et
d’électrocompétence, …
Profil du candidat recherché (prérequis) : Etudiant(e) possédant une solide formation en
microbiologie Pasteurienne, écologie microbienne, génomique, microbiologie moléculaire,
bioinformatique. Il ou elle devra démontrer un fort intérêt pour le travail interdisciplinaire, devra pouvoir
s’intégrer dans des équipes différentes avec des ouvertures sur les plantes mais aussi l’atmosphère. Il
ou elle devra être autonome, savoir prendre des initiatives, rédiger et présenter de manière
synthétique.
Compétences développées au cours de la thèse et perspective professionnelle (5 lignes max)
La personne recrutée pourra développer de nouvelles compétences dans différents champs
disciplinaires, incluant la génomique microbienne environnementale, la pathologie végétale, la
microbiologie mécanistique. Cette expérience devrait lui permettre de s’orienter par la suite vers des
débouchés dans tous les champs de la microbiologie tant fondamentale qu’appliquée.
Bibliographie sur le sujet de thèse
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