Biofortification des plantes en Fe, Mg, Cu et Zn : études de l’effet de biostimulants sur leur absorption et caractérisation de leur remobilisation foliaire en condition de carence chez Brassica napus

par Vincent Billard

Thèse de doctorat en Physiologie, biologie des organismes, populations, intéractions

Sous la direction de Philippe Etienne et de Alain Ourry.

Soutenue en 2014

à Caen , dans le cadre de École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime) , en partenariat avec Ecophysiologie végétale, agronomie et nutritions NCS (Caen ; 2000-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Bouchereau.

Le jury était composé de Philippe Etienne, Alain Ourry, Alain Bouchereau, Céline Masclaux-Daubresse, Christian Hermans, Agnès Piquet-Pissaloux, Jean-Claude Yvin.

Les rapporteurs étaient Céline Masclaux-Daubresse, Christian Hermans.

mots clés

• Plantes -- Thèses et écrits académiques
• Physiologie végétale -- Thèses et écrits académiques
• Plantes -- Nutrition -- Thèses et écrits académiques
• Colza -- Thèses et écrits académiques
• Aliments fonctionnels -- Thèses et écrits académiques
• Aliments fonctionnels -- Thèses et écrits académiques

Résumé

La biofortification des cultures vise, selon différentes méthodes, à augmenter la teneur de certains éléments minéraux tels que Fe, Zn, Mg et Cu dans les tissus récoltés. Dans ce cadre, nous avons tenté de déterminer le potentiel de biofortification chez le colza (Brassica napus L. ) de deux biostimulants dérivés d’algues ou d’acides humiques. Un deuxième objectif de recherche consistait à déterminer l’existence de processus de remobilisation foliaire du Cu, Mg et du Zn, chez la même espèce en situation de carence (Cu, Mg ou Zn), tout en identifiant des interactions potentielles entre éléments minéraux. Les principaux résultats obtenus montrent que ces deux biostimulants augmentent l’absorption du Mg et du Cu ainsi que la translocation du Zn et du Fe des racines vers les feuilles. Après 25 jours de carence (Cu, Zn ou Mg), 61,4% du Cu foliaire et 50,5% du Mg foliaire sont remobilisés vers les jeunes feuilles en croissance. A l’inverse, le Zn n’est pas remobilisé. Dans ces conditions, la remobilisation du Cu et du Mg semblent indépendante des mécanismes associés à la sénescence. Enfin des analyses élémentaires et protéomiques révèlent des variations importantes de l ‘absorption de certains éléments (tel que le Mo lors d’une carence en Cu, ou le Mo et le Mn lors d’une carence en Zn), ainsi qu’une perturbation des métabolismes chloroplastiques des feuilles qui remobilisent (avec par exemple une surexpression de la ferrédoxine et de la rhodanese). L’ensemble des résultats montre que les deux biostimulants testés présentent un potentiel de biofortification alors qu’à plus long terme, une sélection variétale prenant en compte l’efficacité de remobilisation du Mg et du Cu vers les tissus récoltés pourrait constituer une stratégie supplémentaire.

Titre traduit

Plant biofortification in Fe, Mg, Cu and Zn : Study of the effect of biostimulants on their uptake and characterization of their foliar remobilization during depletion in Brassica napus

Résumé

Using different methods, plant biofortification aims to increase the concentration of mineral nutrients, such as Fe, Zn, Mg and Cu, in edible tissues. The first objective of this work was to evaluate the biofortification potential in Brassica napus of two biostimulants, derived from algae or humic acids. The second objective was to investigate and quantify a putative foliar remobilization of Cu, Zn and Mg in the same species, as well as the potential interactions between mineral nutrient uptake during deficiency (Cu, Mg or Zn). The main results show that these two biostimulants increased the Cu and Mg uptake, as well as the translocation from root to shoot of Zn and Fe. After 25 days of deficiency (Cu, Mg or Zn), 61. 4% of foliar Cu and 50. 5% of foliar Mg were remobilized to young expending leaves, while we did not find any evidence of Zn remobilization. Under these conditions of deficiency, the Cu and Mg remobilization seems to be independent of the processes associated with senescence. Finally, mineral and proteomics analyses revealed important variations of the uptake of some mineral nutrients (such as Mo in Cu depleted plants, or Mo and Mn in Zn depleted plants), and a disturbance of chloroplastic metabolisms in remobilizing leaves (with an overexpression of ferredoxin and rhodanese, as an example). Overall, these results show that the two tested biostimulants have a potential for plant biofortification, while in the long term a varietal selection relying on the remobilization efficiency of Cu and Mg to harvest tissues could constitute an alternative strategy.