DIAGSOL : développement d’un nouveau marqueur fonctionnel d’exposition aux herbicides β-tricétones dans un sol agricole

DIAGSOL : development of a new functional marker of exposure to herbicides B-triketones in an agricultural soil

• Auteur / Autrice : Clémence Thiour Mauprivez
• Direction : Lise Barthelmebs, Fabrice Martin-Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 28/10/2020
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie (Dijon) - Laboratoire de biodiversité et biotechnologies microbiennes (Banyuls sur mer, Pyrénées-Orientales)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biocapteurs-Analyse-Environnement (Perpignan)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Cébron, Laure Mamy, Thierry Noguer, Christophe Calvayrac, Isabelle Batisson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Cébron, Laure Mamy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Herbicides

Écotoxicologie

Mots clés libres

Enzyme HPPD

Herbicides β-Tricétones

Gène hppd microbien

Microorganisme

Communautés microbiennes

Écotoxicologie microbienne

Biomarqueur

Bioessai

Organismes non-cibles

HPPD enzyme

Β-Triketones herbicides

Microbial hppd gene

Microorganisms

Microbial communities

Microbial ecotoxicology

Biomarker

Bioassay

Non-target organisms

Résumé

De nombreux herbicides ciblent une enzyme végétale aussi retrouvée chez des organismes dits « non-cibles » tels que les microorganismes. Ce travail de thèse vise à établir la preuve de concept que les gènes microbiens codant l’enzyme ciblée ou l’activité de l’enzyme elle-même peuvent servir de marqueur d’impact écotoxicologique des herbicides dans les sols. L’enzyme HPPD (4-hydroxyphénylpyruvate dioxygénase) et le gène du même nom, cible des herbicides bêta-tricétones, sont sujets d’étude. Des études in silico montrent que le gène hppd est présent dans de nombreux genres bactériens et un couple d’amorces ciblant une majorité des séquences décrites a été dessiné. Ce dernier a servi à mesurer l’abondance, la composition et la diversité de la communauté bactérienne hppd de microcosmes de sols exposés à la sulcotrione ou à sa formulation commerciale, le Decano®. Les mêmes mesures sont réalisées sur des champs agricoles traités avec des ?-tricétones pendant une année. A l’échelle de la communauté, aucun effet des herbicides n’est décelable, renforçant leur réputation « eco-friendly ». Au niveau enzymatique, des études de docking moléculaire montrent que les herbicides se lient plus fortement à l’HPPD de certaines souches. Le bioessai développé soutient cette observation : les ?tricétones ont un effet variable sur l’activité HPPD en fonction de la souche considérée. La tembotrione inhibe plus fortement l’activité HPPD de Bacillus cereus ATCC14579 et Shewanella oneidensis MR-1 que la sulcotrione et la mésotrione. A l’avenir, ce bioessai pourrait être utilisé comme marqueur d’exposition des sols aux herbicides ?-tricétones dans une optique d’évaluation du risque par les autorités.

Numerous herbicides target an enzyme found not only in weeds but also in « non-target organisms » such as microorganisms. This proof-of-concept study aims to use microbial gene encoding the targeted enzyme or the targeted enzyme itself as a marker for herbicide exposure in soils. The hppd gene and the encoded enzyme (HPPD; 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase), targeted by B-triketone herbicides, are the subject of this study. In silico analyses reveal that the hppd gene is spread out in all bacterial phyla. Primers specific to this gene were designed. This primer pair is used to measure the abundance, the composition and the diversity of the hppd bacterial community in soil microcosms exposed to sulcotrione or its commercial formulation, Decano®. Similar measurements are made, over a cropping cycle, on agricultural fields treated with various herbicides, including B-triketones. No significant effect of B-triketone herbicides were observed at the bacterial community scale, strengthening their “eco-friendly” reputation. At the enzymatic scale, molecular docking studies reveal that B-triketones bind more closely to certain bacterial HPPD than others. The developed bioassay reinforces this observation: regarding the bacterial strain, ?-triketones have a variable inhibitory effect on the HPPD enzymatic activity. Tembotrione has a greater inhibitory effect on the HPPD activity of Bacillus cereus ATCC14579 and Shewanella oneidensis MR1 than sulcotrione and mesotrione. This bioassay could be used as a marker of exposure for B-triketones risk assessment studies requested by authorities in charge of pesticide regulation.