Etude de l'évolution du potentiel génétique de populations bactériennes dégradant l'atrazine

L’atrazine, un des herbicides les plus utilises pour controler le developpement des plantes adventices dans les cultures, a conduit a la contamination de l’environnement. L’exposition chronique a cet herbicide a conduit a l’emergence de populations microbiennes du sol capables de degrader l’atrazine et de l’utiliser comme une source d’azote pour leur croissance. Ces populations microbiennes sont responsables de la biodegradation acceleree (BDA) de l’atrazine, un service ecosystemique contribuant a diminuer la persistance de cet herbicidedans l’environnement. L’objectif de ce travail etait d’etudier les mecanismes genetiques et physiologiques responsables du fonctionnement et de l’amelioration de ce service ecosystemique. Nous avons applique une demarche experimentale allant des genes codant la degradation a des communautes microbiennes afin d’identifier les processus adaptatifs impliques dans l’evolution de la fonction de BDA de l’atrazine.Le premier volet a consiste a evaluer l’importance de mutations accumulees dans le gene atzA dans la transformation de l’atrazine en hydroxyatrazine catalysee par AtzA. Le sequencage de genes atzA de differents isolats bacteriens degradant l’atrazine (Pseudomonas sp. ADP WT, Pseudomonas sp. ADP Ps et differents Chelatobacter heintzii) a montre que la sequence du gene atzA etait tres conservee. Toutefois quatre mutations non silencieuses ont pu etre identifiees (1 chez Pseudomonas sp. ADP MSE et 3 chez Chelatobacterheintzii). La modelisation de la structure de la proteine AtzA a permis de montrer que trois des mutations etaient situees dans des regions importantes (site actif, poche de liaison avec l’atrazine et liaison avec le metalFe2+. [.] Le second volet a consiste a etudier la plasticite de la voie de biodegradation de l’atrazine dans deux conditions opposees : (i) la premiere visait a evaluer la persistance de la capacite de degradation en absence de pression de selection et (ii) la seconde visait a evaluer l’evolution de la capacite de degradation en presence d’une pression de selection elevee. Pour conduire ces etudes, des manipulations d’evolution experimentale sur Pseudomonas sp. ADP ont ete menees. (i) L’exposition a l’acide cyanurique, intermediaire metabolique de l’atrazine, a conduit a la selection d’une population nouvellement evoluee capable de croitre plus rapidement dans un milieu de culture ne contenant que l’acide cyanurique comme source d’azote. Cette population est caracterisee par une deletion d’une region de 47 kb du plasmide ADP1 contenant les genes atzABC. Les analyses conduites ont permis de conclure que le gain de competitivite de la population evoluee residait dans la perte du fardeau genetique represente par la region de 47 kb, la capacite de degradation de l’acide cyanurique restant inchangee. (ii) L’exposition a l’atrazine a conduit a la selection d’une populationnouvellement evoluee caracterisee par l’insertion du plasmide ADP1 en quasi-totalite sur le chromosome bacterien. [. ] Le troisieme volet a consiste a developper un outil permettant d’evaluer, a l’echelle d’une communaute microbienne synthetique, l’evolution du potentiel genetique degradant. Pour ce faire quatre souches degradantes dont une, Arthrobacter sp. TES6, isolee au cours de cette etude, ont ete choisies. [. ] Ces travaux montrent que la fonction de biodegradation acceleree de l’atrazine est tres versatile et qu’elle est en constante evolution. Il met en evidence que le principal facteur pilotant cette evolution est le niveau d’exposition des populations degradantes au pesticide.