Soutenance de thèse : Justine Broutin
Jeudi 19 février à 14h00 - INRAE, Versailles
Étude du mode d’action et de l’effet biostimulant sur les plantes d’un hydrolysat de protéines
Avec une population mondiale en constante augmentation, le secteur de l’agriculture se trouve confronté à un défi majeur : produire suffisamment de denrées alimentaires dans des conditions environnementales de plus en plus défavorables. De plus, les politiques publiques actuelles imposent la réduction des intrants en agriculture pour limiter les problèmes de pollution environnementale qu’ils engendrent et ne pas compromettre la santé publique. Dans ce contexte, les biostimulants apparaissent comme une stratégie prometteuse pour maintenir les rendements tout en réduisant l’usage d’engrais minéraux et en limitant l’impact des stress. Parmi ces biostimulants, les hydrolysats de protéines (HP) sont déjà connus pour leur capacité à stimuler la croissance et le rendement des plantes. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent leurs effets demeurent encore insuffisamment élucidés.
L’un des objectifs de cette thèse consistait à déterminer les effets d’un HP, l’Aminovital Power (AVP), produit par la société Fertinagro, sur l'espèce modèle Arabidopsis thaliana et sur une espèce cultivée, le blé (Triticum aestivum). In vitro, l’AVP modifie l’architecture racinaire d’Arabidopsis en conditions riches en azote, ce qui montre un effet biostimulant plutôt que nutritionnel. Au contraire, en l’absence d’azote, l’AVP ne permet pas la croissance racinaire, ce qui confirme qu’il n’est pas en soi une source importante de nutriments. De même, l’AVP modifie la croissance des racines et des parties aériennes chez le blé cultivé en hydroponie ou en sol et en augmente significativement le rendement en grains. Pour se rapprocher des conditions d’une culture en pleine terre, des expériences menées sur le Phenoscope, un robot de phénotypage offrant des conditions très reproductibles et contrôlées, ont mis en évidence une augmentation dose-dépendante de la surface aérienne et de la biomasse chez Arabidopsis. Une fois l’effet sur la croissance validé, l’objectif suivant a été d’identifier par des approches multi-omiques les cibles biologiques, génétiques et métaboliques de ce produit afin de mieux en comprendre le fonctionnement et aussi d’optimiser son usage.
Chez Arabidopsis, l’AVP affecte l’expression de nombreux gènes comme le transporteur de nitrate NRT2.1 (NITRATE TRANSPORTER 2) et l’enzyme NiR (Nitrite reductase) qui sont moins exprimés et ont pour conséquence une diminution du transport et de l’assimilation du nitrate. Au contraire, une stimulation de l’assimilation des acides aminés a été observée chez les plantes traitées à l’AVP. Par exemple, les transporteurs d’acides aminés tels que LHT1, CAT1 et ProT1 ainsi que des enzymes d’assimilation de l’azote comme la glutamate déhydrogénase (GDH) et la glutamate décarboxylase (GAD) sont induites. L’accumulation d’un grand nombre de métabolites, dont des acides aminés comme la glutamine présente à l’état de trace dans l’AVP, est aussi observée. Ce qui suggère que les acides aminés de l’AVP sont potentiellement absorbés et métabolisés ou bien servent de signal dans les plantes. Cette accumulation d’acides aminés est probablement à l’origine de l’augmentation de l’activité de la kinase TOR, un élément central du contrôle de la croissance chez tous les eucaryotes.
En conclusion, mes résultats de thèse ont permis de mettre en évidence de façon reproductible, et ceci dans des conditions contrôlées, l’effet stimulateur sur la croissance et le rendement d’un hydrolysat protéique. De plus, l’apport de l’AVP induit de nombreux changements dans l’expression des gènes, notamment de ceux impliqués dans le métabolisme azoté, et dans l’accumulation de métabolites des plantes traitées. Ceci démontre que l’AVP a un effet important et large sur les processus biologiques de ces plantes.
Avec une population mondiale en constante augmentation, le secteur de l’agriculture se trouve confronté à un défi majeur : produire suffisamment de denrées alimentaires dans des conditions environnementales de plus en plus défavorables. De plus, les politiques publiques actuelles imposent la réduction des intrants en agriculture pour limiter les problèmes de pollution environnementale qu’ils engendrent et ne pas compromettre la santé publique. Dans ce contexte, les biostimulants apparaissent comme une stratégie prometteuse pour maintenir les rendements tout en réduisant l’usage d’engrais minéraux et en limitant l’impact des stress. Parmi ces biostimulants, les hydrolysats de protéines (HP) sont déjà connus pour leur capacité à stimuler la croissance et le rendement des plantes. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent leurs effets demeurent encore insuffisamment élucidés.
L’un des objectifs de cette thèse consistait à déterminer les effets d’un HP, l’Aminovital Power (AVP), produit par la société Fertinagro, sur l'espèce modèle Arabidopsis thaliana et sur une espèce cultivée, le blé (Triticum aestivum). In vitro, l’AVP modifie l’architecture racinaire d’Arabidopsis en conditions riches en azote, ce qui montre un effet biostimulant plutôt que nutritionnel. Au contraire, en l’absence d’azote, l’AVP ne permet pas la croissance racinaire, ce qui confirme qu’il n’est pas en soi une source importante de nutriments. De même, l’AVP modifie la croissance des racines et des parties aériennes chez le blé cultivé en hydroponie ou en sol et en augmente significativement le rendement en grains. Pour se rapprocher des conditions d’une culture en pleine terre, des expériences menées sur le Phenoscope, un robot de phénotypage offrant des conditions très reproductibles et contrôlées, ont mis en évidence une augmentation dose-dépendante de la surface aérienne et de la biomasse chez Arabidopsis. Une fois l’effet sur la croissance validé, l’objectif suivant a été d’identifier par des approches multi-omiques les cibles biologiques, génétiques et métaboliques de ce produit afin de mieux en comprendre le fonctionnement et aussi d’optimiser son usage.
Chez Arabidopsis, l’AVP affecte l’expression de nombreux gènes comme le transporteur de nitrate NRT2.1 (NITRATE TRANSPORTER 2) et l’enzyme NiR (Nitrite reductase) qui sont moins exprimés et ont pour conséquence une diminution du transport et de l’assimilation du nitrate. Au contraire, une stimulation de l’assimilation des acides aminés a été observée chez les plantes traitées à l’AVP. Par exemple, les transporteurs d’acides aminés tels que LHT1, CAT1 et ProT1 ainsi que des enzymes d’assimilation de l’azote comme la glutamate déhydrogénase (GDH) et la glutamate décarboxylase (GAD) sont induites. L’accumulation d’un grand nombre de métabolites, dont des acides aminés comme la glutamine présente à l’état de trace dans l’AVP, est aussi observée. Ce qui suggère que les acides aminés de l’AVP sont potentiellement absorbés et métabolisés ou bien servent de signal dans les plantes. Cette accumulation d’acides aminés est probablement à l’origine de l’augmentation de l’activité de la kinase TOR, un élément central du contrôle de la croissance chez tous les eucaryotes.
En conclusion, mes résultats de thèse ont permis de mettre en évidence de façon reproductible, et ceci dans des conditions contrôlées, l’effet stimulateur sur la croissance et le rendement d’un hydrolysat protéique. De plus, l’apport de l’AVP induit de nombreux changements dans l’expression des gènes, notamment de ceux impliqués dans le métabolisme azoté, et dans l’accumulation de métabolites des plantes traitées. Ceci démontre que l’AVP a un effet important et large sur les processus biologiques de ces plantes.
Directeur de thèse : Christian Meyer, équipe "Signalisation, Transport et Utilisation de l'azote" NUTS, INRAE, IJPB, Versailles
Co-encadrants :
> Anne-Sophie Leprince, équipe "Signalisation, Transport et Utilisation de l'azote" NUTS, INRAE, IJPB, Versailles
> Benjamin Ourliac, Fertinagro
Composition du jury
> Sandrine Rufffel (Rapportrice) - "Institut des Sciences des Plantes de Montpellier" IPSiM, Montpellier
> Phillipe Etienne (Rapporteur) - Université de Caen, "Ecologie végétale, Agronomie & nutrition N,C,S" EVA, "Interactions Nutritionnelles Conduites et Contraintes Abiotiques" INCCA, Caen
> Marianne Delarue (Examinatrice) - "Institute of plant Sciences Paris-Saclay" IPS2, Université Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette
> Alain Bouchereau (Examinateur) - Université de Rennes
> Loïc Rajjou (Examinateur) - AgroParisTech, INRAE, IJPB, Versailles
Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal.
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