Direct Evidence for Tautomerization of the Uracil Moiety within the Pb2+/Uridine-5′-monophosphate Complex: A Combined Tandem Mass Spectrometry and IRMPD study

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De l'étude du fonctionnement des réseaux trophiques planctoniques des marais de Charente Maritime vers la recherche d'indicateurs

Charente-Maritime marshes represent hydraulic systems on which available data on thewater quality are limited, preventing a good management of these ecosystems. As transitionalzones between terrestrial and aquatic ecosystems, marshes play a major role in ‘metaecosystems’.Furthermore, marshes represent a major ecological patrimony, thus the samplingof the aquatic compartment seems essential to improve their knowledge. A water qualitymonitoring program has been in place since spring 2003, developed by UNIMA (Union desMarais de Charente-Maritime) in order to create a “marshes standard” conform to the WFDprerogatives. A good understanding of the marshes functioning appears as necessary todevelop this standard. In this context, 3 main objectives rose for this thesis. The first one wasto realize a water body typology presenting different functioning on Charente-Maritimemarshes. The second one was to improve the understanding of marshes functioning throughthe study of the spatio-temporal variation of planktonic food webs. The last one was toevaluate the impact of a storm (Xynthia) on the planktonic resilience of the marshes.The statistical approach applied here had allowed us to define 7 fresh marshes typesand 5 salt marshes types. The sampling of the organic matter, the functional diversity ofplanktons and the food webs succession had confirmed hypothesis on marsh functioningrelated to the typology, particularly: (i) their ecological role, (ii) their influence on ecosystemscomposing the meta-ecosystem of Charente, (iii) their resilience capacity.Salt marshes planktonic food web functioning is controlled by a double mechanism:the tide and the anthropogenic activities in ponds determining the water renewal rate. In freshmarshes, a ‘classical’ pattern of the food web succession had been found. The dominance ofthe phytoplanktonic community and of the herbivorous and multivorous food webs seemed tobe in concordance with the classical ecological functions of wetlands such as their purificationcapacity and their habitat and nursery function. This classical succession can be altered bytwo mechanisms: the renewal rate inside the marsh and the macrophytes development. In onehand, the highly water stagnation of some marshes types can provoke eutrophicationphenomena destabilizing the ecosystem properties. In the other hand, macrophytes are morecompetitive than phytoplankton in shallow marsh channels, because of their capacity to usenutrient of the sediment. The important degradation of the macrophytes’ biomass duringsummer period by bacteria can generate strong hypoxia phenomena.Some indicators based on simple parameters had been proposed to follow the trophicstate of these systems (three-size classes of chlorophyll, bacteria biomass).Les marais littoraux de Charente Maritime représentent des systèmes hydrauliques sur lesquels les données existantes sur la qualité de l’eau sont limitées. Ce déficit d’information représente un frein à la bonne gestion de ces écosystèmes. Leur situation intermédiaire entre continent et océan leur confère un rôle prépondérant au sein de ces entités. Par ailleurs, les marais représentent un patrimoine écologique majeur où le suivi du compartiment aquatique est indispensable en vue d’améliorer la connaissance et d’apprécier l’évolution de ces milieux.Dans ce cadre, un réseau de suivi de la qualité des eaux des marais a été mis en place sur la base du SEQ-Eau (système d’évaluation de la qualité des cours d’eaux) en 2003 par l’UNIMA (Union des Marais de Charente-Maritime) dans le but de créer un référentiel « marais »répondant aux exigences de la DCE (Directive Cadre sur l’Eau européenne). Mais avant d’apprécier la qualité des eaux des marais, il est nécessaire de comprendre leur fonctionnement. Les objectifs de la thèse sont de trois ordres. Le premier était de dégager une typologie de nature d’eau des marais en valorisant les données issues du suivi patrimonial de l’UNIMA. Dans un deuxième temps, le suivi analytique des eaux et du fonctionnement a été approfondi (ajout de paramètre chimique, biologique et géographique) sur un nombre restreint de stations.Une typologie, basée sur une méthode statistique permettant d’appréhender à la fois les variabilités spatiale et temporelle dans le classement des stations en groupes, est composé de 7 groupes en marais doux et de 5 en marais salés. Le suivi des marais pendant prés de 1,5ans par les paramètres de la matière organique, de l’ensemble des compartiments planctoniques constituant les réseaux trophiques planctoniques et la diversité fonctionnelle du phyto- et du méso-zooplancton, ont permis de confirmer un certain nombre d’hypothèses sur le fonctionnement des marais et sur la typologie de nature d’eau, concernant notamment : (i)le rôle écologique des marais, (ii) l’influence des écosystèmes adjacents du méta-écosystème Pertuis-charentais et (iii) leur capacité de résilience.Le fonctionnement des marais salés semble contrôlé par un double mécanisme : la marée et le type d’activité anthropique dans les bassins déterminant le taux de renouvellement des eaux qui conditionne le type de réseaux trophiques en place et leur succession. Dans les marais doux, un schéma ‘classique’ de la succession des réseaux trophiques planctoniques aété dégagé. La dominance du phytoplancton et des réseaux trophiques herbivores et multivores, semblerait cohérent avec les fonctions écologiques d’épuration et d’habitat/nourricerie caractéristiques des zones humides. Ce fonctionnement classique peut être altéré par différents mécanismes : le renouvellement de l’eau ou le développement des macrophytes. D’une part, le faible renouvellement d’eau de certains marais peut conduire à l’’emballement’ du système et provoquer des phénomènes d’eutrophisation, altérant les propriétés de l’écosystème (injection d’azote atmosphérique ou efficacité écotrophique). Enfin, les macrophytes sont plus compétitrices que le phytoplancton dans les milieux peu profond tel que les canaux de marais. Leur capacité a utilisé les nutriments des sédiments permette leur développement et empêche celui du phytoplancton (limitation par la lumière). La dégradation importante de la biomasse macrophytique par les bactéries en période estivale peut engendrer de fortes hypoxies.Quelques indicateurs basés sur des paramètres simples sont proposés pour suivre l’état trophique du système (chlorophylle par classe de taille, biomasse bactérienne), ou bien de repérer un état susceptible de virer sur une eutrophisation (espèces de rotifère spécifiques des périodes pré-eutrophisation)

From study of planktonic trophic networks of Charente Maritime marshes to indicators

Les marais littoraux de Charente Maritime représentent des systèmes hydrauliques sur lesquels les données existantes sur la qualité de l’eau sont limitées. Ce déficit d’information représente un frein à la bonne gestion de ces écosystèmes. Leur situation intermédiaire entre continent et océan leur confère un rôle prépondérant au sein de ces entités. Par ailleurs, les marais représentent un patrimoine écologique majeur où le suivi du compartiment aquatique est indispensable en vue d’améliorer la connaissance et d’apprécier l’évolution de ces milieux.Dans ce cadre, un réseau de suivi de la qualité des eaux des marais a été mis en place sur la base du SEQ-Eau (système d’évaluation de la qualité des cours d’eaux) en 2003 par l’UNIMA (Union des Marais de Charente-Maritime) dans le but de créer un référentiel « marais »répondant aux exigences de la DCE (Directive Cadre sur l’Eau européenne). Mais avant d’apprécier la qualité des eaux des marais, il est nécessaire de comprendre leur fonctionnement. Les objectifs de la thèse sont de trois ordres. Le premier était de dégager une typologie de nature d’eau des marais en valorisant les données issues du suivi patrimonial de l’UNIMA. Dans un deuxième temps, le suivi analytique des eaux et du fonctionnement a été approfondi (ajout de paramètre chimique, biologique et géographique) sur un nombre restreint de stations.Une typologie, basée sur une méthode statistique permettant d’appréhender à la fois les variabilités spatiale et temporelle dans le classement des stations en groupes, est composé de 7 groupes en marais doux et de 5 en marais salés. Le suivi des marais pendant prés de 1,5ans par les paramètres de la matière organique, de l’ensemble des compartiments planctoniques constituant les réseaux trophiques planctoniques et la diversité fonctionnelle du phyto- et du méso-zooplancton, ont permis de confirmer un certain nombre d’hypothèses sur le fonctionnement des marais et sur la typologie de nature d’eau, concernant notamment : (i)le rôle écologique des marais, (ii) l’influence des écosystèmes adjacents du méta-écosystème Pertuis-charentais et (iii) leur capacité de résilience.Le fonctionnement des marais salés semble contrôlé par un double mécanisme : la marée et le type d’activité anthropique dans les bassins déterminant le taux de renouvellement des eaux qui conditionne le type de réseaux trophiques en place et leur succession. Dans les marais doux, un schéma ‘classique’ de la succession des réseaux trophiques planctoniques aété dégagé. La dominance du phytoplancton et des réseaux trophiques herbivores et multivores, semblerait cohérent avec les fonctions écologiques d’épuration et d’habitat/nourricerie caractéristiques des zones humides. Ce fonctionnement classique peut être altéré par différents mécanismes : le renouvellement de l’eau ou le développement des macrophytes. D’une part, le faible renouvellement d’eau de certains marais peut conduire à l’’emballement’ du système et provoquer des phénomènes d’eutrophisation, altérant les propriétés de l’écosystème (injection d’azote atmosphérique ou efficacité écotrophique). Enfin, les macrophytes sont plus compétitrices que le phytoplancton dans les milieux peu profond tel que les canaux de marais. Leur capacité a utilisé les nutriments des sédiments permette leur développement et empêche celui du phytoplancton (limitation par la lumière). La dégradation importante de la biomasse macrophytique par les bactéries en période estivale peut engendrer de fortes hypoxies.Quelques indicateurs basés sur des paramètres simples sont proposés pour suivre l’état trophique du système (chlorophylle par classe de taille, biomasse bactérienne), ou bien de repérer un état susceptible de virer sur une eutrophisation (espèces de rotifère spécifiques des périodes pré-eutrophisation).Charente-Maritime marshes represent hydraulic systems on which available data on thewater quality are limited, preventing a good management of these ecosystems. As transitionalzones between terrestrial and aquatic ecosystems, marshes play a major role in ‘metaecosystems’.Furthermore, marshes represent a major ecological patrimony, thus the samplingof the aquatic compartment seems essential to improve their knowledge. A water qualitymonitoring program has been in place since spring 2003, developed by UNIMA (Union desMarais de Charente-Maritime) in order to create a “marshes standard” conform to the WFDprerogatives. A good understanding of the marshes functioning appears as necessary todevelop this standard. In this context, 3 main objectives rose for this thesis. The first one wasto realize a water body typology presenting different functioning on Charente-Maritimemarshes. The second one was to improve the understanding of marshes functioning throughthe study of the spatio-temporal variation of planktonic food webs. The last one was toevaluate the impact of a storm (Xynthia) on the planktonic resilience of the marshes.The statistical approach applied here had allowed us to define 7 fresh marshes typesand 5 salt marshes types. The sampling of the organic matter, the functional diversity ofplanktons and the food webs succession had confirmed hypothesis on marsh functioningrelated to the typology, particularly: (i) their ecological role, (ii) their influence on ecosystemscomposing the meta-ecosystem of Charente, (iii) their resilience capacity.Salt marshes planktonic food web functioning is controlled by a double mechanism:the tide and the anthropogenic activities in ponds determining the water renewal rate. In freshmarshes, a ‘classical’ pattern of the food web succession had been found. The dominance ofthe phytoplanktonic community and of the herbivorous and multivorous food webs seemed tobe in concordance with the classical ecological functions of wetlands such as their purificationcapacity and their habitat and nursery function. This classical succession can be altered bytwo mechanisms: the renewal rate inside the marsh and the macrophytes development. In onehand, the highly water stagnation of some marshes types can provoke eutrophicationphenomena destabilizing the ecosystem properties. In the other hand, macrophytes are morecompetitive than phytoplankton in shallow marsh channels, because of their capacity to usenutrient of the sediment. The important degradation of the macrophytes’ biomass duringsummer period by bacteria can generate strong hypoxia phenomena.Some indicators based on simple parameters had been proposed to follow the trophicstate of these systems (three-size classes of chlorophyll, bacteria biomass)

Réactivité en phase gazeuse des ions Pb2+ envers l'adénine, la thymine, et l'uracile

Poste

Gas-phase reactivity of Lead(II) ions with nucleobases

Communication oral

Réactivité de la guanidine et de la cytidine avec les cations Pb2+

L'action toxique du plomb s'explique en partie par les interactions de sa forme cationique Pb 2+ avec les acides nucléiques. Il est donc important de caractériser cette réactivité. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude des interactions se produisant en phase gazeuse entre les ions Pb 2+ et les plus petits systèmes composant les ARN et les ADN: les bases nucléiques. Puis dans un second temps, nous avons augmenté la taille des systèmes étudiés et commencé l'étude des nucléosides. Dans ce cadre, ce poster montre les résultats concernant l'étude de la réactivité des deux bases nucléiques cytosine et guanine, ainsi que de leurs nucléosides correspondant cytidine, désoxycytidine, guanosine et désoxyguanosine. Il est important de caractériser la différence de réactivité entre les ribonucléosides et les désoxyribonucléosides, le plomb provoquant l'hydrolyse de l'ARN mais pas de l'ADN. (1) Concernant l'étude des bases nucléiques, les expériences sont complétés par des calculs quantiques

Interactions des ribonucleotides 5' monophosphate et des désoxyribonucleotides 5' monophosphate avec les ions Pb2+ en phase gazeuse : étude expérimentale et théorique

Poste

Gas-Phase reactivity of Pb2+ ions with adenine, thymine and uracil

Poster• Geometry optimization and vibrational analysis at B3LYP/6-31G(d,p) and G96LYP/6-31G(d,p) levels. • NBO analysis. • Many studies have shown that in physiological media, Pb(II) ions are determinant in the activity of some RNA-cleaving ribozymes. Moreover, it recently appeared that some ribozymes require the presence of two metal cations. (1,2) It was thus observed that in solution, Pb 2+ cations do not exhibit any particular reactivity with the DNA, whereas they induce the cleavage of the RNA in the presence of Mg 2+. On the other hand, few is known about the intimate mechanisms associated with these interactions. In this context, we began a study in order to have a better understanding of these mechanisms, by considering in a first step the gas-phase reactivity between Pb 2+ ions and three nucleobases: thymine (T, R=CH 3), uracil (U R=H), and adenine (A)

Interactions de bases pyrimidiques modifiées avec les cations Pb2+ et Mg2+

• L'action toxique du plomb s'explique en partie par les interactions de sa forme cationique Pb 2+ avec les acides nucléiques. En outre, la réactivité de cet ion semble dépendre de la présence d'un second centre métallique tel que Mg 2+. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux interactions en phase gazeuse des ions Pb 2+ avec les bases nucléiques pyrimidiques ou puriques. La seconde partie de notre travail a consisté à aborder la réactivité des bases pyrimidiques modifiées. On peut citer notamment le processus de méthylation, qui constitue la principale modification des bases nucléiques, et qu'il est par conséquent important de pouvoir caractériser. Ce poster présente les premiers résultats concernant l'étude de la réactivité des cations Pb 2+ envers plusieurs isomères méthylés (1-méthyluracile, 5-méthyluracile (ou thymine) et 6-méthyluracile) et soufrés (2-thiouracile, 4-thiouracile) de l'uracile. Ces études ont été conduites avec ou sans magnésium, afin de mieux appréhender l'influence de celui-ci sur la réactivité des ions Pb 2+