• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Identifiant : 2025ULILR057
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 08/12/2025

Résumé en langue originale

Pseudomonas putida BTP1 produit, en conditions limitantes en fer, un sidérophore particulier, appelé isopyoverdine. Ce composé se distingue par deux singularités structurales. Contrairement aux pyoverdines classiques, la chaîne peptidique de l'isopyoverdine est attachée au chromophore via le troisième carbone, ce qui modifie sa conformation tertiaire. De plus, le résidu L-Glu, généralement transformé en succinate ou ?-cétoglutarate dans les autres espèces productrices de pyoverdine, reste intact. Le séquençage du génome a permis d'identifier un cluster de gènes impliqués dans la biosynthèse de cette molécule. L'absence conjointe des gènes pvdN et ptaA explique la conservation du résidu L-Glu, jusqu'alors jamais décrite.Par ailleurs, l'étude fonctionnelle du gène pvdP, codant pour une tyrosinase impliquée dans la cyclisation du chromophore, a révélé une structure particulière par rapport à ses homologues. Pour tester son rôle dans la voie de biosynthèse étudiée, le gène pvdP de BTP1 a été remplacé par celui de P. putida KT2440, producteur de pyoverdine classique. Ce remplacement a conduit à la production d'un mélange d'isomères, suggérant une participation de PvdP dans l'isomérisation du chromophore, en interaction avec PvdO, l'enzyme responsable de l'oxydation finale.Au-delà de cet intérêt fondamental, l'isopyoverdine présente également un fort potentiel agronomique. En effet, la productivité agricole actuelle repose largement sur l'utilisation d'engrais phosphatés chimiques, issus de ressources non renouvelables, coûteuses et à fort impact environnemental. Une grande partie du phosphore appliqué se retrouve immobilisée dans le sol, notamment par complexation avec les oxydes de fer, ce qui limite sa disponibilité pour les plantes. Ces oxydes constituent toutefois une réserve mobilisable si des agents capables de les dissoudre sont présents.Nous avons donc comparé l'efficacité de l'isopyoverdine de BTP1 avec celle de l'oxalate, un acide organique exsudé par les racines, sur de la goethite synthétique enrichie en phosphore. Les résultats montrent que l'isopyoverdine libère dix fois plus de fer que l'oxalate, et co-solubilise 5,8 % du phosphore total, contre 4,5 % pour l'oxalate. Sur sol agricole, l'effet est encore plus marqué : l'isopyoverdine a libéré environ 60 fois plus de fer et 4,6 fois plus de phosphore que l'oxalate. Ces observations mettent en évidence la capacité de ce sidérophore à mobiliser efficacement le phosphore lié aux oxydes de fer en vue d'une agriculture moins dépendante des engrais chimiques phosphatés.Dans un dernier volet, nous avons exploré les effets de l'isopyoverdine sur la croissance et la protection du blé tendre. Le composé purifié a été appliqué sur des cultures hydroponiques de blé, avec ou sans ajout d'oxydes de fer chargés en phosphates. Dans les conditions expérimentales testées, aucune amélioration significative de la croissance n'a pu être mise en évidence. Par la suite, des tests préliminaires ont été menés pour évaluer un possible rôle de l'isopyoverdine dans la protection des plantes. Des essais in vitro ont montré une activité antifongique directe vis-à-vis de Zymoseptoria tritici, l'agent de la septoriose du blé. Des tests in planta réalisés en serre par application foliaire ont montré un effet léger de la biomolécule sur la sévérité de la maladie. Bien que ces résultats restent très préliminaires, ils suggèrent que l'isopyoverdine pourrait présenter, au-delà d'un rôle nutritionnel, des effets intéressants en termes de biostimulation et de biocontrôle. Cette thèse est centrée sur l'étude de l'isopyoverdine, à la fois sur le plan de sa biosynthèse et de ses particularités moléculaires, mais aussi sur l'exploration de son potentiel agronomique. Les résultats obtenus soulignent l'importance de ce sidérophore original et ouvrent des perspectives nouvelles pour développer des stratégies agricoles plus durable et moins consommatrices d'engrais chimiques.

Résumé traduit

Pseudomonas putida BTP1 produces, under iron-limited conditions, a particular yellow-green fluorescent siderophore called isopyoverdine. This compound exhibits two unique structural features. Unlike classical pyoverdines, the peptide chain of isopyoverdine is attached to the chromophore through the third carbon, thereby altering its tertiary conformation. In addition, the L-Glu residue, which is usually converted into a succinate or an ?-ketoglutarate derivative in other pyoverdine-producing species, remains intact in this strain. Genome sequencing of P. putida BTP1 identified a gene cluster involved in the biosynthesis of this molecule. The simultaneous absence of the pvdN and ptaA genes explains the conservation of the L-Glu residue, a phenomenon not previously observed in fluorescent pseudomonads.Furthermore, the functional study of the pvdP gene, encoding a tyrosinase involved in chromophore cyclization, revealed a distinct structure compared to its homologs. To investigate its role, the pvdP gene of BTP1 was replaced by that of P. putida KT2440, a producer of classical pyoverdine. This replacement led to the production of a mixture of isomers, suggesting the involvement of PvdP in chromophore isomerization, possibly in cooperation with PvdO, the enzyme responsible for the final oxidation step.Beyond this fundamental interest, isopyoverdine also displays strong agronomic potential. Modern agricultural productivity relies heavily on chemical phosphate fertilizers derived from non-renewable, costly, and environmentally harmful resources. Moreover, a large proportion of applied phosphorus becomes immobilized in soils through complexation with iron oxides, thus reducing its availability to plants. These oxides, however, represent a potentially mobilizable phosphorus reservoir if appropriate solubilizing agents are present. Pyoverdines, known for their ability to dissolve iron oxides, fit precisely into this context.We therefore compared the efficiency of BTP1 isopyoverdine with oxalate, a root-exuded organic acid, on phosphorus-enriched synthetic goethite. The results showed that isopyoverdine released ten times more iron than oxalate and co-solubilized 5.8% of the total phosphorus, compared with 4.5% for oxalate. In agricultural soil, the effect was even more pronounced: isopyoverdine released approximately 60 times more iron and 4.6 times more phosphorus. These findings highlight the ability of this siderophore to efficiently mobilize phosphorus bound to iron oxides and open perspectives for more sustainable agriculture, less dependent on chemical phosphate fertilizers.In a final section, we explored the direct effects of isopyoverdine on wheat health. The purified compound was applied to hydroponically grown wheat, with or without iron oxides loaded with phosphate ions. Under the experimental conditions tested, no significant improvement in growth was observed. Preliminary tests were then conducted to evaluate a possible role of isopyoverdine in plant protection. In vitro assays showed antifungal activity against Zymoseptoria tritici, the causal agent of Septoria tritici blotch, and greenhouse experiments with foliar application indicated a slight reduction in disease severity. Although these results remain preliminary, they suggest that isopyoverdine could exert, beyond its nutritional role, interesting effects in terms of biostimulation and biocontrol.In conclusion, this thesis focuses on isopyoverdine, both from the perspective of its biosynthesis and molecular particularities, and from the exploration of its agronomic potential. The results obtained underscore the importance of this original siderophore and open new perspectives for developing agricultural strategies that are more environmentally friendly and less dependent on chemical phosphate fertilizers.