Investigations of the bacterial sink for plant emissions of chloromethane

Etude du puits bactérien pour les émissions végétales de chlorométhane Le chlorométhane est le plus abondant des composés organo-halogénés dans l’atmosphère et il est impliqué dans la destruction de l’ozone dans la stratosphère. Les sources et les puits de chlorométhane restent mal évalués. Bien que synthétisé et utilisé de manière industrielle, il est principalement produit naturellement, avec comme sources majeures les émissions provenant des végétaux et plus particulièrement de la phyllosphère, qui correspond aux parties aériennes des plantes. Certaines bactéries épiphytes de la phyllosphère sont des méthylotrophes capables d’utiliser des composés organiques sans liaison carbone-carbone comme le méthanol et le chlorométhane comme unique source de carbone et d’énergie pour leur croissance. La plupart des bactéries chlorométhane-dégradantes isolées jusqu’à présent utilisent une voie métabolique pour leur croissance sur chlorométhane appelée voie cmu (pour chloromethane utilisation), caractérisée par l’équipe. L’objectif principal de cette thèse a été de déterminer si des bactéries de la phyllosphère peuvent jouer le rôle de filtre pour l’émission de chlorométhane par les plantes. Dans ce but, un modèle de laboratoire a été mis en place, constitué de la plante Arabidopsis thaliana connue pour produire du chlorométhane par une réaction impliquant le gène HOL1, et la bactérie Methylobacterium extorquens CM4, souche de référence pour l’étude du métabolisme de dégradation du chlorométhane, qui possède la voie cmu et dont le génome complet a été séquencé et analysé. Des variants d’A. thaliana avec différents niveaux d’expression du gène HOL1 (le type sauvage, le mutant homozygote « knock-out » hol1 et un variant HOL1-OX avec surexpression) ont été sélectionnés par PCR et qPCR. Des souches bactériennes chlorométhane-dégradantes ont été isolées à partir de la phyllosphère d’A. thaliana, dont il a été montré qu’elles possèdent la voie cmu. Un bio-rapporteur bactérien pour le chlorométhane a été construit à l’aide d’un plasmide exploitant la région promotrice du gène conservé de la déshalogénase (cmuA) de la souche M. extorquens CM4. Il présente une réponse fluorescente rapide, sensible, et spécifique aux méthyl-halogénés de manière concentration-dépendante. L’application du bio-rapporteur aux trois variants d’A. thaliana étudiés suggère des niveaux d’émissions de chlorométhane différents. L’analyse, par qPCR et qRT-PCR, de l’ADN métagénomique extrait de la surface des feuilles a montré une corrélation entre la proportion relative de bactéries portant le gène cmuA et l’exprimant dans cet environnement, et l’expression du gène HOL1. Ces résultats indiquent qu’une production de chlorométhane, même très modeste par rapport aux fortes émissions de méthanol par A. thaliana, confère un avantage sélectif pour les bactéries épiphytes chlorométhane-dégradantes. Ces dernières pourraient ainsi bien jouer un rôle de filtre pour les émissions de chlorométhane de la phyllosphère vers l’atmosphère. En perspective, de nouvelles expériences complémentaires, basées sur l’analyse par génomique comparative des souches chlorométhane-dégradantes également effectuée dans le cadre du projet et sur une analyse par séquençage à haut-débit initiée dans ce travail, sont proposées pour améliorer la compréhension des mécanismes d’adaptation des bactéries chlorométhane-dégradantes dans la phyllosphère.