Les équipes de l’Institut Charles Viollette

Au sein de l'UMRT, l’équipe 3 regroupe des chercheurs de l’ULg (campus Gembloux AgroBioTech et campus Arlon Environnement), de l'ISA-Lille/Yncréa Hauts de France et de l'INRA de Laon.

Au sein du pôle 1, les connaissances acquises par les deux premières équipes, et l’incorporation de ces derniers à des modèles, doivent permettre de proposer des outils permettant d’optimiser la conduite des cultures voire de concevoir des systèmes plus performants de façon à limiter les pertes et les impacts sur l’environnement, maximiser les gains économiques et optimiser les services écosystémiques. Cela demande un investissement à la fois sur la formalisation des services écosystémiques, la mise au point d’indicateurs d’évaluation de ces services, le développement et l’évaluation d’outils d’aide à la décision, l’articulation de ces outils avec les flux de données issues des nouvelles technologies (imagerie, outils embarqués, applications mobiles, gps, capteurs sans fils...), et sur la conception de systèmes valorisant au mieux les ressources naturelles (fixation symbiotique, complémentarité culture arbre...).

Les premières questions de recherche de cette équipe s’articulent autour de deux axes principaux :
- Le pilotage des systèmes de culture et l’optimisation des techniques culturales au sein de ces systèmes ;
- La conception de systèmes de culture innovants, via la production d’indicateurs de performances agronomique, et a fortiori économique, et environnementale.

Pour répondre à ces questions, l’équipe se focalisera sur :
- Objet étude : Les nouvelles connaissances acquises sur l’écophysiologie de l’individu plante (équipe 1) seront considérées pour améliorer la compréhension de son fonctionnement en population
- Echelle : Les échelles de travail iront de la plante (équipe 1 et 2) au territoire, et de la saison de culture à la rotation, couvrant ainsi de larges échelles spatiale et temporelle
- Outils : Les outils mobilisés seront constitués de bases de données (acquises à travers le temps et l’espace), le proxy- et le remote-sensing, ainsi que la modélisation sol-plante-atmosphère.

Afin d'amorcer les travaux de l'équipe 3, ULg-GxABT et l'ISA-Lille / Yncréa HdF, avec le soutien technique de l’INRA Laon, ont décidé de financer une thèse en co-tutelle. Celle-ci a démarré en janvier 2020 et porte sur :
La modélisation des impacts agronomiques et environnementaux de la fertilisation du froment à l'échelle de la Wallonie et des Hauts de France et mise en évidence du potentiel et des atouts de l’agriculture de précision dans ce territoire.

Outre l'objectif annoncé dans son intitulé, cette thèse se concentrera également sur le déploiement du modèle de culture STICS à l'échelle spatiale des Hauts-de-France et de la Wallonie, afin d'offrir aux chercheur de l'UMRT un outil de recherche et d'analyse. 

Finalement, d'autres projets de recherche, menés en parallèle à cette première thèse et s'inscrivant dans la continuité de ses acquis, ou reposant sur les outils qui y seront développés, viendront compléter les recherches de l'équipe 3 dans les années à venir.

L’équipe cherche à identifier de nouveaux métabolites secondaires produits par des microorganismes pour des applications en santé, agroalimentaire et biocontrôle. Outre la recherche de nouveaux NRPs d’intérêt médical, l’un des objectifs majeur de l’équipe est de promouvoir l’utilisation de molécules biosourcées en alternative aux intrants chimiques pour la protection des cultures. Par une approche multidisciplinaire nous nous intéressons plus particulièrement à la caractérisation de peptides nonribosomiques (NRPs).

L’étude des NRPs et de leurs potentielles applications nécessite le développement de stratégies innovantes pour :
1) permettre d’identifier le potentiel de production à partir de données de séquençage de génomes in silico (Bioinformatique)
2) détecter les métabolites produits par les microorganismes in vivo et in vitro (Bioassays)
3) optimiser leur production (génie génétique et génie métabolique)
4) intensifier leur production et leur purification (génie des procédés)

Les plantes supérieures produisent et accumulent une large collection de molécules originales, de nature chimique et de fonctions très variées, qualifiées de métabolites spécialisés ou secondaires par opposition aux métabolites primaires. Bien que l'on estime que seules environ 30% des plantes ont été étudiées à ce jour par rapport à leur composition phytochimique, plus de 100’000 métabolites secondaires ont déjà été décrits. Il est ainsi probable que leur nombre soit largement plus important.  Cette importance quantitative et la diversité structurale de ces métabolites sont à corréler au développement par les plantes de mécanismes essentiels contribuant à leur adaptation et à leur colonisation du milieu aérien. Si le métabolisme primaire a une origine très ancienne et les gènes associés sont bien conservés dans le règne végétal, au contraire, le métabolisme secondaire a continuellement évolué pendant plus de 500 millions d'années sous la pression de l'environnement, ce qui a contribué à la production de nouvelles molécules dont la répartition chimiotaxonomique est souvent très restreinte. Outre leur contribution avérée dans la physiologie et la biologie de la plante, de nombreuses molécules issues du métabolisme secondaire représentent une ressource inestimable pour l'homme. Ils sont utilisés en tant qu'actifs biologiques (principes actifs de médicaments, ingrédients dans les cosmétiques, bio-pesticides, bio-herbicides, répulsifs...), en tant qu'actifs fonctionnels (arômes, colorants, parfums...) et en tant que modèles pour la synthèse chimique.

A partir de modèles végétaux dont certains répondent à des enjeux importants tant au niveau local, national qu'international  (blé, chicorée, houblon, lin, etc.) et se justifiant dans un contexte socio-économique très fort (transfrontalier franco-belge, GIS, projet LabCom, INRA, collaboration avec des groupes de dimension internationale dont Bayer, Lesieur, Servier, Linéa, Laboulet semences, Florimond-Desprez, Brasseurs de France etc.) et différents partenaires académiques et autres (Réseau MétaSpé, SAS PIVERT, Root Lines Technology, Pôles de compétitivités IAR et NSL, SFR Condorcet, Biotech Center Ho Chi Minh City etc.), nos projets de recherche visent à :
1) identifier de nouvelles molécules issues du métabolisme secondaire des végétaux en exploitant à la fois leur diversité biologique et génétique induite ou naturelle
2) préciser les voies de biosynthèse de métabolites secondaires
3) caractériser les relations structure/activité et les activités biologiques des métabolites secondaires au sein de la plante ou sur d’autres organismes, pour une application en protection des plantes (biocontrôle, etc.) mais également dans d'autres contextes (santé humaine, etc.)
4) développer des procédés d'éco-extraction et de purification à grande échelle, produire des métabolites secondaires d'intérêt par le biais des biotechnologies (hairy-root, levure, etc.) et, pour des usages ciblés (nutrition/santé avec le pôle NSL, protection des plantes contre les agressions externes, etc.)
5) mettre en place de nouvelles méthodologies analytiques pour des études de métabolomique ou de phénotypage haut débit

Les objectifs de cette équipe sont de valoriser la biomasse végétale lignocellulosique [liens avec le pôle 1] et les coproduits industriels, par voie microbiologique développement (modèles : microorganismes eucaryotes, c’est à dire champignons filamenteux et levures) et/ou enzymatique pour la synthèse de molécules d'intérêt : enzymes, sucres, acides organiques, polyols, antioxydants [liens avec d'autres équipes]... Certaines de ces molécules comme classiquement le glucose, le glycérol ou d’autres molécules plateformes sont ensuite modifiées par des enzymes combinées à des catalyseurs chimiques (concept de catalyse hybride) pour la synthèse de molécules à plus haute valeur ajoutée comme des acides organiques, furfurals et dérivés furfuraliques.  Une partie des travaux sont réalisés conjointement avec la plate-forme de synthèse, de criblage et de caractérisation haut débit REALCAT (Equipex ANR-11-EQPX-0037).

Afin de répondre aux objectifs cités, 4 types de projets sont menés :
1) Recherche de nouvelles enzymes dans la biodiversité (criblage haut débit) pour la valorisation de biomasse/coproduits.
2) Maîtrise de la catalyse enzymatique (homogène, hétérogène) et le développement de réacteurs discontinus et continus.
3) Développement d’approches microbiennes innovantes (interactions biomasse/coproduits/microorganismes, criblage haut débit, métagénomique).
4) Catalyse hybride appliquée à la synthèse d’intermédiaires chimiques biosourcés (furfurals et dérivés furfuraliques), à la régénération de cofacteurs enzymatiques.

Dans un contexte mondial de raréfaction de la ressource protéique, l’équipe 7 cherche à comprendre les mécanismes qui conduisent au bénéfice santé des protéines et de leurs co-produits en s’appuyant sur les domaines d’expertise de ces chercheurs, c’est-à-dire la maîtrise de la production (génie enzymatique, digestion), de l’identification (optimisation des outils de spectrométrie de masse) et de la caractérisation (compréhension des bioactivités) des peptides issus de différentes sources agroalimentaires. Ces peptides, fractions ou ingrédients peuvent trouver des applications potentielles en santé animale ou humaine par exemple ou dans des emballages actifs. Les deux grands axes développés sont :
1) La valorisation des protéines et coproduits agroalimentaires par la maitrise de l’hydrolyse enzymatique (génie enzymatique) et la caractérisation des peptides bioactifs générés (antimicrobiens, régulateur du stress et de la prise alimentaire, hypotenseur, anti-inflammatoire, anti-oxydant, étude des propriétés cytotoxiques...
2) L’étude du devenir des protéines ou coproduits au cours de la digestion gastro-intestinale et comment les peptides générés peuvent interagir avec l’environnement intestinal et impacter le microbiote pour avoir un effet bénéfique pour la santé humaine ou animale.

La maîtrise de la qualité des ingrédients et aliments est un enjeu sociétal qui représente une préoccupation majeure pour les industries agroalimentaires et les pouvoirs publics. Ce contexte confronte les chercheurs à différents défis scientifiques comme la recherche de nouvelle fonctionnalité des ingrédients, la formulation raisonnée, la conceptualisation et le développement du clean label qui nécessitent tous des intrants recherchés et/ou acceptés par les consommateurs. 

L’approche de notre équipe multi-sites implantée sur Arras, Boulogne sur Mer et Lille  consiste en la prise en compte de l’ensemble de la vie d’un aliment depuis la matière première servant à son élaboration jusqu’à sa consommation. Cette démarche conjugue les compétences scientifiques en recherche fondamentale (détermination de la structure secondaire et tertiaire des protéines, par exemple) avec celles en recherche appliquée (évaluation sensorielle des produits, par exemple) afin de décortiquer voire d’investiguer les différents mécanismes physico-chimiques régissant l’évolution des qualités organoleptique, texturale et nutritionnelle d’un aliment. C’est pourquoi, nos activités de recherche s’articulent autour de trois axes qui, par une démarche intégrée et rationnelle, permettent l’élaboration de produits alimentaires de haute valeur ajoutée.
- Axe 1 : Variabilité des matières premières et de leurs sources
- Axe 2 : Ingrédients techno-fonctionnels : relation structure-fonction
- Axe 3 : Impact de la formulation, du procédé de fabrication et des conditions de conservation sur la qualité des aliments