Effet des pesticides sur la diversité bactérienne des champs agricoles et la capacité des bactéries à les dégrader

Abstract

Dans cette étude, à l’aide du séquençage d’amplicon de l’ARN 16S bactérien, associé aux analyses bioinformatiques et statistiques, nous avons démontré pour la première fois que les Actinobacteries qui sont majoritaires dans le sol et représentent jusqu'à 45%, sont les plus affectées par les pesticides. En outre, nous avons démontré que les Acidobacteries sont aussi affectées par le mélange Linuron et Diuron testé, et que l’exposition successive du sol a ces molécules peut entrainer leur diminution significative. Cependant, le pourcentage des bactéries de l’ordre des Burkholderiales appartenant à la classe BetaProteobacteria, et les Xanthomonadales, qui appartiennent à la classe GammaProtéobacteria, du groupe Protéobacteria augmentent significativement. Une fois que l'exposition aux pesticides s'est arrêtée pendant la période hivernale, la biodiversité des bactéries citées avait tendance à revenir à la normale. Rhodanobacter spathiphyllum et Geobacillus stearothermophilus ont été isolés d'un échantillon de sol exposé aux pesticides et ont montré une croissance optimale en présence de Diuron dans un milieu minimum par rapport à leur absence. La dégradation de Linuron par les deux bactéries, a été confirmé par HPLC-MS, et le résultat semble être le même (de 20 μg / ml à 0,9 μg / ml), alors que la dégradation de Diuron par R. spathiphyllum était meilleure (de 40 μg / ml à 31 μg / ml) par rapport à G. stearothermophilus (de 40 μg / ml à 37 μg / ml). Cette dégradation de Diuron par R. spathiphyllum semble donner des produits de dégradation toxiques pour cette bactérie après deux semaines d’incubation, ce qui résulte un déclin de croissance de la bactérie.

This study presents the characterization of bacteria involved responsible in-vivo bioremediation of herbicides Diuron and Linuron. Microbial biodiversity was analyzed using 16S RNA amplicon sequencing methods for six soil samples of two different biofilters, sampled three times a year over three year period. Illumina MiSeq amplicon sequencing coupled with bioinformatics and statistical analysis showed that the Actinobacteria group are most abundant in soil noncontaminated by pesticides accounting for up to 45% of bacteria, whereas subsequent exposure of soil to pesticides altered the biodiversity and the abundance of each group of bacteria present in a given soil sample. Proteobacteria were found to be the most abundant after three successive exposures to pesticides during the growing session. Once pesticide exposure stopped during the winter period, the biodiversity of our soil had a tendency to recover. Rhodanobacter spathiphyllum and Geobacillus stearothermophilus were isolated from a soil sample exposed to pesticides and showed optimal growth in the presence of Diuron in liquid minimal medium compared to conditions without the pesticide. The results of degradation of Diuron and Linuron by R. spathiphyllum in minimal medium, were confirmed by High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (HPLC-MS), and showed a better degradation of Linuron (from 20 μg/ ml to 0.9 μg/ml and Diuron (from 40 μg/ml to 31 μg/ml) by R. spathiphyllum and (from 40 μg/ml to 37 μg/ml) by G. stearothermophilus. The degradation of Diuron by R. spathiphyllum seems to produce by-products that inhibit its growth.