Fate of Cry1Aa insecticidal protein from Bacillus thuringiensis (Bt) in soil | Devenir de la protéine insecticide Cry1Aa issue de Bacillus thuringiensis (Bt) dans le sol

Английский. Since their commercialisation in 1996, the area of cultures of Bt transgenic plants has increased considerably, representing nearly 42 million hectares in 2007. These plants produce an insecticidal protein (from Bacillus thuringiensis) enabling them to resist devastating insects such as the European corn borer. The toxin is introduced into soil by root exudation and the breakdown of plant residues. The interactions of toxin with soil particles can influence its mobility, its bioavailability, its persistence and its toxicity. It is thus important to study the role of soil in the fate of this toxin. This doctoral study has improved our understanding of the physico-chemical interactions between toxin and the soil components and in particular the very reactive surfaces of clays. The adsorption of toxin on clays is weak affinity, strongly pH-dependent and not easily reversible. The difference in maximum quantity of toxin adsorbed on montmorillonite and kaolinite was in agreement with their respective specific surface areas, rather than with their specific surface charge. An analysis of the mobility of toxin in an adsorbed state on montmorillonite by Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) showed that the protein is immobilized by its adsorption on the clay. These results suggest that the risk of transfer of toxin in soil will be limited to colloïd facilitated transfer and bioturbation. Moreover, studies of persistence of toxin in soil showed that more than 50 % of the immuno-reactivity of toxin was lost in less than one week. The biotic processes (microbial degradation) do not seem to determine this phenomenon. The toxin appears to be inactivated by conformation changes following its interaction with soil constituents. Abiotic processes (physico-chemical interactions) thus are strongly implicated in persistence of toxin in soil, with a significant contribution of hydrophobic interactions. In this work, a considerable effort was devoted to the development of a method of in situ detection of toxin in soil. Two strategies were adopted, based both on fluorescence spectroscopy and immunology, involving the recognition of two epitopes of toxin by two marked antibodies (Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET) or the recognition of an epitope by a marked antibody after presaturation of the reactive surface (protein binding sites). The results, although preliminary, are encouraging and should be pursued.

Французский. Depuis leur commercialisation en 1996, les surfaces de cultures de plantes transgéniques Bt ont considérablement augmentées, représentant en 2007 près de 42 millions d'hectares. Ces plantes produisent en continu une protéine insecticide (issue de Bacillus thuringiensis) leur permettant de lutter contre les insectes ravageurs tels que la pyrale du maïs. La toxine est introduite dans les sols par exsudation racinaire et dégradation des tissus végétaux. Les interactions de la toxine avec les particules de sol peuvent modifier sa mobilité, sa biodisponibilité, sa persistance et sa toxicité. Il est donc important d'étudier le rôle du sol dans le devenir de cette toxine. Ce travail de thèse a permis de mieux comprendre les interactions physicochimiques entre la toxine et les composantes du sol et en particulier avec les argiles, surfaces très réactives. L'adsorption de la toxine sur les argiles est une interaction de faible affinité, fortement dépendante du pH et difficilement réversible. La différence de quantité maximale de toxine adsorbée sur la montmorillonite et sur la kaolinite était fortement liée à leurs surfaces spécifiques respectives, plutôt qu'à leur charge de surface spécifique. Une analyse de la mobilité de la toxine à l'état adsorbé sur la montmorillonite par Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) a montré que cette protéine est immobilisée par son adsorption sur l'argile. Ces résultats suggèrent que le risque de transfert de la toxine dans le sol se limite aux transports facilités par les colloïdes et aux processus de bioturbation. Par ailleurs, des études de persistance de la toxine dans le sol ont montré que plus de 50 % de l'immuno-réactivité de la toxine est perdue en moins d'une semaine. Les processus biotiques (dégradations microbiennes) semblent peu impliqués dans ce phénomène. Il semblerait que la toxine ne soit pas dégradée mais plutôt inactivée par des changements de conformations suite à son interaction avec les composants du sol. Les processus abiotiques (interactions physicochimiques) sont donc fortement impliqués dans la persistance de la toxine dans le sol, avec une contribution significative des interactions hydrophobes. Dans ce travail de thèse, un effort important a été consacré à l'élaboration d'une méthode de détection in situ de la toxine dans le sol. Deux stratégies ont été envisagées, basées à la fois sur la spectroscopie de fluorescence et l'immunologie, mettant en jeu la reconnaissance soit de deux épitopes de la toxine par deux anticorps marqués (Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET), soit la reconnaissance d'un épitope par un anticorps marqué après présaturation des surfaces (sites protéiques). Les résultats, encore préliminaires, sont encourageants et nécessitent d'être poursuivis.