Expression des propriétés biologiques des substances humiques de lixiviats sur le développement racinaire de ligneux | Expression of biological properties of leachate humic substances on root development of woody plants

French. Les substances humiques (SH) sont des composés organiques réfractaires, hétérogènes et de couleur foncée provenant de la décomposition microbienne et de la dégradation chimique de la matière organique. La composition et la structure exacte de ces macromolécules ne sont pas totalement élucidées en raison de leurs complexités et leurs hétérogénéités structurales. Elles ont longtemps été reconnues comme substances favorisant la croissance des plantes, en particulier en ce qui concerne l’amélioration de l'absorption des nutriments, de la croissance des racines et de la structure du sol. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les SH influencent la physiologie des plantes ne sont pas bien compris et doivent être approfondis. L'objectif de cette thèse de doctorat était de mieux comprendre l'activité biologique qu’exercent les SH de lixiviats de décharge en comparaison à une formulation commerciale extraite de léonardite sur le développement du système racinaire de ligneux ; en relation avec leurs caractéristiques chimiques et leurs mécanismes d'actions. Trois approches expérimentales ont été développées pour répondre à cet objectif. La première concerne la caractérisation chimique comparative des SH et de leurs fractions, séparées en fonction de leur solubilité et de leur poids moléculaire, en utilisant une analyse élémentaire, la spectroscopie UV-vis, FT-IR et RMN et la spectrométrie de masse MALDI-TOF. Les résultats obtenus indiquent que les SH des deux origines présentent une similarité quant à leur composition et leurs structures chimiques mais, se distinguent principalement par l’abondance relative des groupements fonctionnels. La deuxième concerne la mise au point d’un modèle de culture in vitro destiné à étudier l'activité biologique des SH au niveau du développement du système racinaire de deux ligneux choisis comme espèces pionnières. Les données obtenues montrent que l'effet des SH dépend des espèces végétales traitées, de la concentration utilisée, du mode d'application et de l’origine des SH. Si la fraction de haut poids moléculaire (HA) est efficace pour promouvoir le développement des racines, les fractions de faibles poids moléculaires (FA et OM) inhibent celui-ci en fonction de la concentration utilisée. Enfin, une approche moléculaire a été mise en œuvre pour étudier certains mécanismes moléculaires d’action des SH sur les plantes en comparant l'expression de quatre gènes (ABCB1, ABCB19, GS et ADH) impliqués respectivement dans les métabolismes d’auxine, de l’azote et du carbone. Les données obtenues montrent que les SH ainsi que leur fraction AH influencent la croissance et le développement des racines apparemment par l’interaction avec les mécanismes de régulation du transport polaire d’auxine et de l'incorporation de l'azote inorganique sous forme organique, de métabolisme du carbone et de réponse aux stress abiotiques. Les résultats présentés dans cette thèse ont montré que les SH extraites de lixiviats de décharge et en particulier leur fraction HA peuvent être valorisées comme bio-stimulant de la croissance des plantes.

English. Humic substances (HS) are a dark-colored heterogeneous organic compounds originated from microbial decomposition and chemical degradation of organic matter. The exact structure and composition of HS macromolecules are not totally elucidated due to their complexity and their structural heterogeneity. They have long been recognized as plant growth promoting substances, particularly with regard to influencing nutrient uptake, root growth and architecture and by improving soil structure. However, the molecular mechanisms through which HS influence plant physiology are not well understood and must be deepened. The aim of this doctoral thesis is to obtain deeper understanding of the biological activity exerted by HS extracted from landfill leachates in comparaison to a commercial formulation extracted from leonardite on roots growth of woody plants in relation to their chemical characterization and mechanisms of action. Three experimental approach have been carried out. The first one concerns a comparative chemical characterization of total HS and derived fractions, separated in function of their solubility and molecular weight, was performed using elemental analysis, UV-vis, FT-IR and 1H NMR spectroscopy and MALDI-TOF mass spectrometry. Obtained results indicate that HS of both origins were basically similar regarding the presence of their chemical structures but, differ mainly in their relative abundance. The second, concerns the development of an in vitro culture model to study the biological activity of HS on the development of root system of two woody pioneer species. The data obtained showed that the effect of HS depends on plant species, concertation, mode of application and source of HS. If the high molecular weight fraction (HA) was effective at promoting root development, the lower ones (FA and OM) inhibit it in function of the concentration used. Finally, a molecular approach was investigated to study some molecular mechanisms that plant act in response to HS comparing the expression of four genes (ABCB1, ABCB19, GS and ADH) implicated respectively in auxin, nitrogen and carbon metabolisms. Obtained data show that HS and their HA fractions influence root growth and development apparently by influencing different mechanism of regulation associated with polar auxin transport, the incorporation of inorganic nitrogen as glutamate, carbon metabolism and abiotic stress responses. Results presented in this thesis showed that landfill leachates HS especially their HA fraction can be valued as bio-stimulant of plant growth.