Intensive agriculture uses a lot of nitrogen fertilizers to increase crop productivity. These crops are in competition with soil-denitrifying microorganisms that assimilate nitrogen in the form of nitrate and transform it into N₂O, a greenhouse gas, or N₂. However, certain plant species exude secondary metabolites, called procyanidins, which inhibit denitrifiers and increase the nitrate pool in the soil available for plant nutrition. This phenomenon is called biological denitrification inhibition. Previously, we showed that the addition of exogenous procyanidins to a lettuce crop induces denitrifier inhibition and increases nitrate content in the soil, affecting lettuce morphological traits. Here, the effects of procyanidin amendments in the field on a more long-term and nitrogen-consuming crop species such as celery were tested. The effects of procyanidin amendment on celery growth with those of conventional ammonium nitrate amendments were, therefore, compared. Denitrification activity, nitrate concentration, the abundance of denitrifying bacteria in the soil, and traits related to celery growth were measured. It was shown that the addition of procyanidins inhibits denitrifiers and increases the soil nitrate level, inducing an improvement in celery morphological traits. In addition, procyanidin amendment induces the lowest nitrogen concentration in tissues and reduces N₂O emissions.

Some plant secondary metabolites, such as procyanidins, have been demonstrated to cause biological denitrification inhibition (BDI) of denitrifiers in soils concomitantly with a gain in plant biomass. The present work evaluated whether procyanidins had an impact on the diversity of nontarget microbial communities that are probably involved in soil fertility and ecosystem services. Lettuce plants were grown in two contrasting soils, namely Manziat (a loamy sand soil) and Serail (a sandy clay loam soil) with and without procyanidin amendment. Microbial diversity was assessed using Illumina sequencing of prokaryotic 16S rRNA gene and fungal ITS regions. We used a functional inference to evaluate the putative microbial functions present in both soils and reconstructed the microbial interaction network. The results showed a segregation of soil microbiomes present in Serail and Manziat that were dependent on specific soil edaphic variables. For example, Deltaproteobacteria was related to total nitrogen content in Manziat, while Leotiomycetes and Firmicutes were linked to Ca²⁺ in Serail. Procyanidin amendment did not affect the diversity and putative activity of microbial communities. In contrast, microbial interactions differed according to procyanidin amendment, with the results showing an enrichment of Entotheonellaeota and Mucoromycota in Serail soil and of Dependentiae and Rozellomycetes in Manziat soil.

Pour répondre aux besoins des populations humaines, l'agriculture est de plus en plus intensive, utilisant un très grand nombre d'engrais azotés pour augmenter les rendements. Ces engrais sont utilisés parce que l'azote est l'un des facteurs les plus important et limitant pour la croissance des plantes. L’azote sous forme de nitrate est soumis à des problématiques de pollutions pouvant affecter l’environnement ainsi que la santé humaine. Les défis de l'agriculture de demain sont donc de faire face à une population toujours plus nombreuse, tout en limitant l'impact sur notre environnement. C’est pour cela que la recherche et l’agriculture se questionnent de plus en plus sur l’utilisation d’autres produits comme les biostimulants ou des inhibiteurs, afin de limiter les intrants tout en conservant un taux de productivité viable. Une solution consisterait à agir sur les microorganismes du sol liés au cycle de l’azote afin de limiter les pertes des agrosystèmes en azote via le dégagement de gaz à effet de serre (N2O), de lessivage ou/et de volatilisation. En effet, dans les sols, le nitrate est également utilisé par les bactéries dites dénitrifiantes qui le réduisent en N2O (gaz à effet de serre) et N2, représentant alors une perte d’azote pour les cultures et une augmentation de la pollution atmosphérique. Par conséquent, les plantes sont en compétition directe avec ces bactéries pour l'assimilation du nitrate. Récemment, l’équipe encadrante de cette thèse a mis en évidence une stratégie développée par certaines plantes consistant en la production de métabolites secondaires : les procyanidines, qui inhibent la dénitrification des communautés microbiennes du sol. Les procyanidines ont la capacité d’inhiber, chez les bactéries dénitrifiantes, la première étape de la dénitrification transformant le nitrate en nitrite et ainsi d’empêcher l’utilisation du nitrate, sans toutefois exercer un effet antibactérien. Cette stratégie permet de conserver par conséquent le nitrate dans le sol, celui-ci pouvant alors être utilisé par les plantes pour leur nutrition et leur croissance. L’objectif principal de cette thèse a été d’évaluer l’effet de l’application de procyanidines exogènes à plusieurs concentrations en champs sur un modèle de plante d’intérêt économique, la laitue, ainsi que sur différents types de sols. Ces effets ont également été testés sur un autre modèle d’intérêt économique consommatrice d’azote, le céleri. Au cours de ces expérimentations, des mesures ont été effectuées sur (i) l’activité microbienne de dénitrification, (ii) les traits végétaux en lien avec la croissance et (iii) l’abondance des communautés bactériennes dénitrifiantes. Nos résultats montrent une induction d'un BDI en champs, une conservation du nitrate induisant à son tour une amélioration de la croissance des végétaux et une contre sélection par la plante des dénitrifiants. L’autre point abordé, plutôt fondamental mais qui a moins abouti faute de temps, consistait à mettre en évidence via l’utilisation de mutants d’Arabidopsis thaliana affectés dans la production des procyanidines ou surproduisant les procyanidines, un retour vers la plante de l’azote détourné suite au BDI