Soutenance de thèse de EL KHATTABI Oumaima

Résumé de la thèse

La contamination au plomb (Pb) constitue un enjeu environnemental majeur en zones minières, où sa persistance limite le développement végétal et leur réhabilitation. La phytoremédiation est prometteuse, mais dépend d'une compréhension approfondie des mécanismes de tolérance, accumulation et immobilisation du Pb. Hirschfeldia incana (Brassicaceae), pseudométallophyte des scories riches en Pb de l'Est du Maroc, a permis de caractériser les réponses physiologiques, métaboliques et structurales au stress plombique et d'évaluer des outils biologiques de phytoremédiation assistée.
Les résultats ont montré que la biomasse n'était pas affectée à 3 jours d'exposition au Pb, mais diminuait à 15 jours. L'accumulation du Pb augmentait avec la durée d'exposition et restait fortement racinaire, atteignant 83 683 mg·kg⁻¹ MS dans les racines à 15 jours. Le Pb a induit une réponse antioxydante précoce et soutenue, avec hausse des sucres, phénols, anthocyanines et de l'activité peroxydase, tandis que la chlorophylle b diminuait après exposition longue.
L'analyse métabolomique non ciblée a révélé une réponse plus marquée dans les racines, avec des ajustements constitutifs et dépendants du temps. Ils traduisaient une réorientation du métabolisme du tryptophane et des glucosinolates vers les phénylpropanoïdes, soutenant la défense antioxydante et un possible renforcement pariétal racinaire. Dans les parties aériennes, malgré une moindre accumulation du Pb, les réponses protectrices étaient maintenues par les phénoliques, anthocyanines et dipeptides. Cette analyse a aussi identifié des marqueurs candidats de tolérance à 15 jours d'exposition au Pb. L'accumulation commune de l'acide 2-isopropylmalique dans les racines et les parties aériennes suggère un marqueur systémique de réponse au Pb. Les racines présentaient une hausse de l'acide sinapique, de la proline, de dérivés phénoliques de l'acide benzoïque et de l'isothiocyanate de benzyle, associée à une forte baisse du glutathion et de plusieurs glucosinolates. Les parties aériennes se distinguaient par des acides organiques de faible poids moléculaire et des composés oxylipiniques.
Les analyses ultrastructurales ont confirmé la rétention principale du Pb dans les racines, notamment dans l'endoderme, les parois épaissies, les invaginations de la membrane plasmique et les vacuoles. Dans les parties aériennes, aucun dépôt de Pb n'était détecté. Toutefois, les altérations chloroplastiques indiquaient un stress photo-oxydatif, avec une organisation cellulaire globale largement préservée. Ainsi, H. incana répond au Pb par séquestration préférentielle racinaire, immobilisation apoplastique, renforcement structural et translocation limitée vers les organes aériens.
L'évaluation de l'effet des outils biologiques sur la réponse des plantes au Pb a montré que les PGPR indigènes tolérantes au Pb associées à H. incana avaient des effets souche-dépendants. L'isolat du rhizoplan a favorisé l'accumulation du Pb et pourrait convenir à la phytoextraction, tandis que l'isolat endophyte a amélioré la biomasse, la stabilité des pigments et la tolérance sans augmenter le Pb, suggérant un meilleur potentiel d'installation et maintien des plantes en sols contaminés. En complément, des biostimulants algaux ont été testés chez la tomate exposée au Pb. Les extraits de Fucus spiralis et Cystoseira ericoides, à forte activité antioxydante, ont amélioré la biomasse sous Pb et réduit les marqueurs de stress. L'extrait de F. spiralis a aussi augmenté le Pb foliaire, suggérant un intérêt pour la phytoextraction.
Dans l'ensemble, la tolérance au Pb chez H. incana repose sur un transfert limité vers les organes aériens, une régulation antioxydante, une reprogrammation métabolique et des ajustements structuraux. Les biostimulants microbiens/algaux modulent différemment la croissance, la tolérance au stress et l'accumulation du Pb, ouvrant des perspectives de phytoremédiation assistée des sols contaminés.