Estimation du potentiel génétique hydroxylant d'un sol par PCR quantitative : un nouvel outil d'évaluation et de prédiction de la pollution d'un sol par des micropolluants organiques

Abstract

Diplôme : Dr. d'UniversitéDuring the last two centuries, industrialisation has led to increasing contamination of the environment by xenobiotics, notably aromatic compounds (i.e. PAHs, pesticides). These widespread pollutants are a major threat affecting soil quality and human health. In this context, numerous policies have been drawn up notably in Europe, to monitor the threats of pollution to ecosystems and to detect and implement measures to counterbalance the damage. Nevertheless, the European Commission and scientific community are still confronted with a lack of appropriate tools to monitor biodiversity in relation to environmental processes affecting global warming and soil protection. This study proposes tools to assess the biodiversity of functional bacterial communities involved in the process of natural and xenobiotic aromatics biodegradation in soil environments. The major route for the degradation of aromatic compounds is the ß-ketoadipate pathway. We developed two molecular markers i.e. two primer sets targeting two key genes (pcaH and catA) of the ß-ketoadipate pathway, encoding enzymes responsible for the ring cleavage of catechol and protocatechuate. The PCAH molecular marker targeted a sequence from the ß-subunit of 3,4-PCD encoded by the pcaH gene. PCAH was shown to amplify a wide diversity of pcaH sequences in the soil environment, thereby highlighting its interest in characterising the pca bacterial community responsible for the degradation of protocatechuate. This tool was applied to assess the structure, diversity and density of the pca bacterial community. When tested in experimental fields, it revealed changes in the structure, diversity and density of the pca bacterial community in response to organic amendments. This work showed that PCAH could constitute a tool of prime interest for assessing the impact produced by extrinsic factors such as agricultural practices on biodiversity of the pca community. The CATA molecular marker targeted a fragment of the 1,2-CTD encoding gene (catA). The wide diversity of catA sequences was revealed. At this stage in the development of pca and cat bioindicators, we can only provide tools to describe the structure, diversity and density of these bacterial communities. The use of PCR-RFLP fingerprinting and q-PCR assays is recommended to assess the impact of environmental stresses on these functional bacterial communities.Les deux derniers siècles ont été marqués par une industrialisation responsable d’une contamination accrue de l’environnement par des xénobiotiques, notamment les composés aromatiques (HAPs et pesticides). Ces composes sont très communs et présentent un risque important aussi bien pour la qualité des sols que la santé humaine. Ainsi, de nombreuses mesures politiques ont été établies, en Europe, pour la surveillance des menaces liées à la pollution des écosystèmes et la mise en place de mesure pour contrebalancer les effets notoires de telles contaminations. Néanmoins, la commission Européenne et la communauté scientifique demeurent confrontées au manque d’outil de contrôle de la biodiversité en lien avec les processus environnementaux affectant le changement climatique et la protection des sols. De ce fait, cette étude propose l’évaluation de la biodiversité fonctionnelle des communautés bactériennes impliquées dans les processus de biodégradation des polluants organiques dans le sol. La voie principale, connue pour la biodegradation de ces composés, est la voie des the ß-ketoadipate. Nous avons ainsi développés deux marqueurs moléculaires (deux couples d’amorces PCR) ciblant deux gènes clés (pcaH et catA) de la voie des ß-ketoadipate, codant pour les enzymes responsables de la fission des cycles aromatiques. Le marqueur moléculaire PCAH a pour cible la sous unité ß de la protocatéchuate 3,4-dioxygénase codée par le gène pcaH. Ce couple d’amorce permet d’amplifier des fragments de gènes provenant d’une grande diversité de bactéries issues du sol. Ceci montre l’intérêt de pouvoir caractériser la communauté bactérienne pca responsable de la biodégradation du protocatéchuate. Cet outil a été développé pour décrire ma structure, la diversité et la densité de la communauté bactérienne pca, montrant ainsi, sur une étude de cas, l’impact de l’amendement sur ces trois composantes de la biodiversité. Ce travail a montré que PCAH représente un outil pertinent pour étudier et estimer l’impact provoqué par des perturbations extrinsèques telles que les pratiques agricoles sur la biodiversité de cette communauté bactérienne. D’autre part, le marqueur moléculaire CATA a pour cible un fragment du gène codant la catéchol 1,2-dioxygénase (catA) et permet d’amplifier une diversité importante de séquences. A ce stade de l’étude, le développment de pca et cat comme bioindicateur se limite à la description de la la structure, diversité et densité de ces communautés