Nouveaux outils bio-analytiques pour la détection des herbicides β-tricétones

New bioanalytic tools for β-triketone herbicides monitoring

• Auteur / Autrice : Emilie Rocaboy-Faquet
• Direction : Thierry Noguer, Lise Barthelmebs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 25/09/2015
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Noguer, Lise Barthelmebs, Silvia Lacorte Bruguera, Christine Mousty, Béatrice Leca-Bouvier, Cédric Bertrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Silvia Lacorte Bruguera, Christine Mousty

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique végétale

génétique

Homogentisate 1,2-dioxygenase

Essais biologiques

4-hydroxyphénylpyruvate dioxygénase

Techniques de biocapteur

Mots clés libres

Clonage

HydroxyPhénylPyruvate Dioxygénase

Β-tricétones

Bio-essai à détection colorimétrique

Biocapteur à transduction électrochimique

Homogentisate Dioxygénase

Cloning

Β-triketones

Colorimetric bioassay

Electrochemical biosensor

Homogentisate Dioxygenase

Résumé

L’objectif de cette thèse, dans le cadre de l'ANR TRICETOX (CESA, 2013-2017), était de développer des méthodes alternatives aux méthodes d’analyse chimiques classiques pour la détection spécifique des herbicides de la famille des β-tricétones. Ces nouveaux outils analytiques doiventt être faciles à utiliser, rapides, peu coûteux et devant répondre aux exigences imposées pour la détection de ces herbicides (valeur critique de 0,1 µg.L-1). Les β-tricétones ont pour cible spécifique l'enzyme p-HydroxyPhénylPyruvate Dioxygénase (HPPD), impliquée dans la biosynthèse des caroténoïdes, son inhibition entraîne un blanchiment des feuilles des plantes traitées. Deux stratégies ont été envisagées, basées sur l’inhibition de l’HPPD : un bio-essai colorimétrique à cellules entières utilisant un clone recombinant d'Escherichia coli exprimant l’HPPD d’Arabidopsis thaliana, et un biocapteur enzymatique à transduction électrochimique. Le principe du bio-essai repose sur la capacité du clone recombinant à produire un pigment brun à partir de la voie de catabolisme de la tyrosine. L’addition de β-tricétones entraîne une diminution de la pigmentation dans le milieu. Après optimisation des conditions opératoires, les LODs obtenues pour la mésotrione, la tembotrione, la sulcotrione et la leptospermone sont de 0,069, 0,051, 0,038 et 20 μM, respectivement. En format biocapteur, l'enzyme HPPD purifiée a été immobilisé sur la surface d’une électrode de graphite sérigraphiée. Le biocapteur à enzyme libre a permis l’obtention de limites de détection de 1,36-10 M, 1,25.10-11 M et 1,08.10-11 M pour la sulcotrione, la tembotrione et la mésotrione, respectivement. A ce jour, des échantillons réels ont été analysés sur le bio-essai et les résultats ont été validés par HPLC.

The goal of this thesis, in the frame of the ANR TRICETOX (CESA, 2013-2017), was to develop some alternative methods to conventional chromatographic methods for the monitoring of the β-triketone herbicides. These new analytical tools have to be easy to handle, fast, low-cost, and to respond to the requirements for the detection of these herbicides (critical value of 0.1 μg.L-1). The β-triketones specifically target the 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD) enzyme, involved in the carotenoids biosynthesis in plants ; its inhibition results in foliage bleaching of the treated plant. Two strategies have been considered, both based on the HPPD inhibition : a whole-cell colorimetric bioassay involving a recombinant E. coli expressing the HPPD from A. thaliana, and an electrochemical enzymatic biosensor. The principle of the bioassay is based on the ability of the recombinant E. coli clone to produce a soluble brown pigment from tyrosine catabolism. The addition of β-triketone induces the decrease of the pigment production in the medium. After optimization of the operational conditions, the LODs obtained for mesotrione, tembotrione, sulcotrione, and leptospermone were 0.069, 0.051, 0.038, and 20 μM, respectively. In the biosensor format, the purified HPPD enzyme was immobilized on the surface of a screen-printed graphite electrode. Using the free enzyme biosensor, LODs as low as 1.36-10 M, 1.25.10-11 M and 1.08.10-11 M were obtained for sulcotrione, mesotrione and tembotrione, respectively. Up to date, real samples have been analyzed using the bioassay and the results were validated by HPLC.