Fig. 1. Parcelles expérimentales placées sur les bancs en correspondance avec les codes-barres détectés par les scanners laser 3D PlantEye F500 - Multispectral.

Dans cette étude, une expérience en serre a été menée pour évaluer les réponses morpho-physiologiques et métaboliques de plants de tomates traités avec deux PH dérivés de Malvaceae (PH1) et de Fabaceae (PH2) sous des cycles répétés de stress de sécheresse. L'objectif était d'étudier les mécanismes par lesquels ces biostimulants améliorent la tolérance à la sécheresse chez les plants de tomates. La fertilisation a été effectuée une fois après la transplantation et une fois au milieu du cycle de culture. Les plantes ont été cultivées à l'aide d'un système d'irrigation goutte à goutte et soumises à quatre cycles de stress de sécheresse, l'irrigation étant arrêtée jusqu'à ce qu'un flétrissement visible se produise. PH1 et PH2 ont été appliqués sous forme de pulvérisations foliaires hebdomadaires et comparés à des plantes témoins pulvérisées avec de l'eau distillée. Une plateforme de phénotypage à haut débit (PlantEye F500, Phenospex) a été utilisée pour surveiller la biomasse numérique, la surface foliaire en 3D et la hauteur des plantes, ainsi que les indices spectraux (NDVI, NPCI, PSRI, GLI, Hue°) pour évaluer la santé des plantes. A la fin de l'essai, des échantillons de feuilles ont été prélevés pour une analyse métabolomique afin d'étudier les changements biochimiques liés à la résistance au stress de la sécheresse induite par les traitements PH.

Fig. 4. Pentes du modèle de régression linéaire (y = ax +b où a est la pente et b l'ordonnée à l'origine) décrivant la relation entre la biomasse numérique (y) et les jours (x) de la période de récupération lors de la ré-irrigation après chaque épisode de stress hydrique. PH1 = hydrolysat de protéines dérivé de Malvaceae ; PH2 = hydrolysat de protéines dérivé de Leguminosae. Les barres indiquent les erreurs standard des moyennes.

L'analyse phénotypique a révélé que la PH1 améliorait la récupération des plantes après un stress dû à la sécheresse, en particulier en termes de biomasse numérique, de surface foliaire 3D et de hauteur des plantes. Outre la corrélation positive avec la hauteur de la plante, la forte relation entre la biomasse numérique et la surface foliaire 3D indique que l'expansion foliaire est le principal moteur de l'accumulation de biomasse dans des conditions de stress. Alors que le PH2 a eu un effet positif temporaire au cours du premier épisode de sécheresse, sa performance s'est affaiblie au cours des cycles de stress suivants, le rendant plus proche du contrôle. L'analyse de régression a confirmé que les plantes traitées au PH1 avaient les taux de récupération les plus élevés, avec des pentes de 48 à 75 % supérieures à celles des plantes non traitées pour tous les événements de stress. Cela suggère que le PH1 a amélioré la résilience des plantes et leur capacité à restaurer leur croissance.
Les indices spectraux ont permis de mieux comprendre la santé des plantes tout au long du cycle de culture. Les valeurs NDVI, associées à l'activité photosynthétique et à la santé des plantes, étaient plus élevées dans les plantes traitées au PH1, ce qui indique une meilleure tolérance au stress. Le NPCI et le PSRI, qui sont liés à la teneur en chlorophylle et à la sénescence des feuilles, ont augmenté avec le temps, indiquant une accumulation naturelle de chlorophylle qui correspond aux résultats du NDVI. GLI et Hue°, qui étaient toujours en ligne avec NDVI, correspondaient fortement à la réflectance dans la bande verte (GLI) et à la gamme verte (75:135, Hue°).

Fig. 6. Analyse d'enrichissement chimique (ChemRICH) des métabolites annotés statistiquement différents dans les feuilles traitées à l'hydrolysat de protéines dérivées de la malvacée (PH1) par rapport au traitement de contrôle à la fin de l'essai. Points rouges = métabolites régulés à la hausse ; points bleus = métabolites régulés à la baisse ; points violets = métabolites régulés à la hausse/à la baisse.

L'analyse métabolomique a permis d'identifier plusieurs métabolites significativement influencés par le traitement au PH1. Parmi ceux-ci, les dipeptides (par exemple, Leu-Phe, PyroGlu-Val, Arg-Phe) ont montré la plus forte accumulation dans les plantes traitées au PH1. Ces composés sont associés à la réallocation de l'azote, à l'osmoprotection et à la régulation métabolique en cas de stress. Les dipeptides contenant des acides aminés glucogènes (par exemple, Arg-Leu, Val-Pro) ont probablement agi comme source de carbone, atténuant la pénurie d'hydrates de carbone causée par la réduction de la photosynthèse pendant le stress de la sécheresse. Les plantes traitées au PH1 présentaient également des niveaux inférieurs de marqueurs de stress oxydatif, tels que le (R)-S-lactoylglutathion et la scopoline, ce qui suggère que les dipeptides ont joué un rôle dans la réduction des dommages causés par les ROS. L'accumulation de composés phénoliques et d'acides gras indique en outre que le PH1 favorise l'adaptation au stress par le biais de voies antioxydantes.
Cette expérience démontre que le PH1 est un biostimulant efficace pour améliorer la récupération après un stress de sécheresse chez les plants de tomates, principalement en favorisant une récupération plus rapide et en modulant les métabolites clés impliqués dans la tolérance au stress. Les résultats suggèrent que les dipeptides jouent un rôle crucial dans l'atténuation des effets du stress hydrique et le maintien de l'équilibre métabolique. Les recherches futures devraient déterminer si les peptides dérivés du PH1 sont directement absorbés par les plantes ou s'ils favorisent la synthèse endogène des peptides. L'étude souligne en outre le potentiel des biostimulants à améliorer la résistance des cultures dans des conditions de stress et offre des perspectives importantes pour le développement et le criblage de biostimulants à l'avenir.