Une approche multi-niveaux pour caractériser l’effet biostimulant d’un hydrolysat de protéines

L’humanité est confrontée à une demande alimentaire croissante pour nourrir une population en expansion et ce dans un environnement de moins en moins favorable. Ainsi, l'utilisation mondiale d'azote et d’autres fertilisants minéraux dans la production agricole devrait encore augmenter de 60% d'ici 2060. Malgré tout, le pourcentage d’utilisation effective des engrais minéraux, surtout azotés, par les plantes cultivées est relativement faible : par exemple, seulement 40 à 60% de l’azote appliqué est absorbé par la culture. Outre la pollution qu’ils engendrent, la production des engrais azotés est très coûteuse en énergie. Le développement de molécules d’origine naturelle pour améliorer la fertilisation et la protection des cultures contre les stress apparaît donc comme un enjeu important des recherches actuelles en agronomie.

Ainsi, l'utilisation de biostimulants est une stratégie agricole prometteuse pour maintenir les rendements tout en réduisant le recours aux engrais minéraux. Les hydrolysats de protéines sont connus pour stimuler la croissance et le rendement, mais les mécanismes sous-jacents restent mal compris. Afin de mieux identifier et caractériser les cibles physiologiques et moléculaires de ces biostimulants, leurs cibles ont été caractérisées chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana.

Les effets des hydrolysats de protéines sur la croissance, la résistance aux stress biotiques et abiotiques, ainsi que sur les rendements des plantes ont été déterminés. L’hydrolysat utilisé stimule la croissance de plantes d’Arabidopsis thaliana de manière significative. In vitro, il augmente la croissance de la racine principale de la plante en conditions riches en azote, montrant bien un effet biostimulant et pas simplement nutritionnel. Pour se rapprocher des conditions de culture en pleine terre, des expériences menées sur le Phenoscope, un robot de phénotypage permettant des conditions très contrôlées, ont mis en évidence une augmentation dose-dépendante de la surface aérienne et de la biomasse des plantes après traitement par l’hydrolysat.
Le produit testé a modifié l’expression de nombreux gènes. Ces changements se traduisent notamment par une stimulation du métabolisme de l’azote, associée à une réduction de l’assimilation du nitrate. Par ailleurs, une accumulation de nombreux métabolites, dont plusieurs acides aminés, a également été mise en évidence. Cette accumulation 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.

Ce travail vise à optimiser l’utilisation des biostimulants en approfondissant la compréhension de leur mode d’action. À terme, ces connaissances devraient contribuer à améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote tout en réduisant les impacts environnementaux. Mené dans le cadre d’une thèse CIFRE cofinancée par la société Fertinagro France, ce projet pourrait également ouvrir la voie au développement de nouveaux biostimulants.


Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal en collaboration.