Le cycle de lazote Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de lagriculture.

Le cycle de l’azote

Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de l’agriculture

Azote et quelques applications biotechnologiques I : Le cycle de l’Azote

II : La transgénèse naturelle chez les végétaux

III : Les biopesticides

I –L’Azote :

Composants des protéines (AAm) des acides nucléiques (bases azotées)

Diazote gazeux : + de 80% de l’atmosphère terrestre Formes d’assimilation majoritaires :

Nitrates Ions ammoniums

I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique

NO2

NO3

NH3

CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)

CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)

1

AssimilationBactéries du sol

Glutamine synthétase

L’assimilation de l'azote inorganique L'assimilation se fait par la consommation de

L'ammonium : les micro-organismes, Le nitrate : les végétaux et quelques micro-organismes

Glutamate déshydrogénase

L’assimilation de l'azote inorganique Le glutamate et la glutamine :

donneur d’azote réaction de transamination

transaminases

acide -cétonique 1 acide aminé 2

oxaloacétate Asp

pyruvate Ala

a-céto--méthyl valérate Ile

a-céto isovalérate Val

phénylpyruvate Phe

4-hydroxyphényl pyruvate Tyr

préphénate arogénate (précurseur de Phe et Tyr)

3-phosphohydroxy pyruvate 3-phosphosérine

Exemple de produits obtenus après transamination à partir du glutamate (AAm1)

1

2Acide -cétonique 2 : acide -cétoglutarique

L’assimilation de l'azote inorganique Quelques bactéries assimilent l’azote à partir des

nitrates 1er temps : réduction en ion ammonium : intervention de la Nitrate Réductase assimilatrice : NRB,

Insensibilité à l’O2

Voie non énergétique

Le milieu contient des nitrites : NR+

NH4+

Le milieu ne contient pas de nitritesAjout de Zinc (réducteur des nitrates)

Absence de réaction : les nitrates ont été consommés : NR+

Réaction avec les nitrites : NR-


NO2

NO3

NH3



1


AmmonificationBactéries et champignons

2

L’ammonification Sources d’azote organique très diverses Microorganismes très variés Les réactions :

Hydrolyse des polymères Désaminations aérobie ou non

Désamination directeDésamidation

NH3


NO2

NO3

NH3



1



2

DénitrificationBactéries : Pseudomonas,

cyanobactéries,..3

La dénitrification

Processus respiratoire anaérobie Respiration nitrique Respiration nitreuse

Nitrate réductase dissimilatrice : inhibée en présence d’O2

Perte de l’azote assimilable

NO3-

NO2-

NRA

NO

N2O

N2

dNRA

ATP

Processus anaérobie


NO2

NO3

NH3



NitritationBactéries: Nitrosomas, Nitrospira,…

NitratationBactéries: Nitrobacter,… 1



2

4 NitrificationCHIMIOLITHOTROPHES


cyanobactéries,..3

Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter),

cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…)

5

La nitrification autotrophe Processus énergétique

Processus aérobie strict Microorganismes autotrophes principalement

Les autotrophes : Bactéries nitreuses

Nitrosomonas Nitrosococcus

Bactéries nitriques Nitrobacter Nitrococcus

Les hétérotrophes : Nombreuses moisissures Milieux acides

Les bactéries nitreuses

Nitrosococcus

Nitrosomonas

NH3 + O2

Cyt C554

Aérobiose

[NH2OH]

2H+ + 2e- H2O

Ammoniac MONO2

-

5H+ + 4e-

Hydroxylamine MO

lithotrophes

Transporteurs H+ / e-

(cytochrome, quinone, …)

2e-ADP + Pi

ATP

O2

2H2O

chimiotrophes

Les bactéries nitriques

Nitrobacter

NO2- + H2O lithotrophes

AérobioseADP + Pi

ATP

O2

2H2O

chimiotrophes

2e- + 2H+

[N(OH)2]Nitrite oxydase

NO3-


(cytochrome, quinone, …)

Nitrococcus


NO2

NO3

NH3



NitritationBactéries: Nitrosomas, Nitrospira,…

NitratationBactéries: Nitrobacter,… 1



2

4 NitrificationCHIMIOLITHOTROPHES


cyanobactéries,..3

Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter),

cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…)

5

La fixation de l’azote : les acteursSource d’énergie aérobiose genre

Phototrophes + Cyanobactéries

(exemple : Anabaena, Nostoc)

- Bactéries sulfureuses

Chimioorganotrophes + Bacillus, Klebsiella pneumoniae Azotobacteriaceae, Rhizobiaceae

- Clostridium

Chimiolithotrophes - Thiobacillus

Nitrogénase : complexe enzymatique12 à 16 ATP / molécule de diazote fixée

La fixation de l’azote : la nitrogénase Très sensible à O2

Micro-organismes anaérobies : Clostridum Cyanobactéries dans les hétérocystes

Fixation Libre : +/- associée aux zones racinaires ou

foliaires Symbiotiques : Rhizobium / légumineuses,

Azotobacter, Franckia

(Bactérie)

Fixation de l’azote lors d’une relation symbiotique

e- / H+


(cytochrome, quinone, …)PHB

CO2

FADH2

ADP + Pi ATP

FAD

(cellule végétale)

Leghémoglobine(piège à O2)

O2

Métabolitescarbonés

METABOLISME

végétal

PHOTOSYNTHESE

N2

NH4+

Glutamate NH4+

METABOLISME

bactérien

nitrogénase

Schéma de développement des nodules 2

PHB

Corps granuleux

Paroi bactérienne

Système vésiculaire

Membrane de séquestration

SCHEMA D'UN BACTEROIDE EFFICIENTSCHEMA D'UNE CELLULE VEGETALE EFFICIENTE

Noyau

Vacuole

Plaste Bactéroïde

Transgénèse chez les végétaux Résistance aux parasites Augmentation des rendements de production Diminution des coûts d’exploitation Acquisition de nouvelles qualités : gustatives,

conservation…

Agrobacterium

•Caractéristiques •Bacille Gram –•Asporulé•Mobile•Phytopathogène

•Exemples•Agrobacterium tumefaciens :

•grand plasmide Ti (tumor inducing) •galle du collet (crown gall)

•Agrobacterium rhizogenes : •grand plasmide Ri (root inducing)•chevelu racinaire

Exemple du plasmide Ti

Gènes gouvernant la virulence

Zone impliquée dans le contrôle de la

réplication

Gènes intervenant dans la morphologie de la tumeur (*) la synthèse d’opines dans la cellules transformées [octopine (racines), agropine (bourgeon)]

Gènes du catabolisme de l’agropine

Gènes du catabolisme de l’octopine

Gènes responsables du transfert conjugatif de Ti entre les bactéries

Zones acquises dans

le génome des tissus tumoraux

Zone à éliminer lors du désarmement

(*) inhibition des pousse et des racines : interviennent dans la synthèse d’auxine et de

cytokinine (modification de la balance hormonale)

T

Vir

Les biopesticides Molécules actives vis-à-vis des parasites des animaux et des végétaux (insectes,

ravageurs, microorganismes…) synthétisés lors de la phase stationnaire de croissance donc des métabolites secondaires

Leur production s’effectue par culture de microorganismes

Parasites Microorganismes Mode d’action

Lépidoptères (chenille)Larve de moustiques

Bacillus thuringiensis Exotoxine protéique parasporale attaquant les muqueuses intestinales des larves d’insectes, le cristal se dissout dans la cavité intestinal (pH alcalin) et les protéases le transforment en molécules actives

Coléoptères (vers blancs)

Beauvaria bassiana Moisissure attaquant les téguments respiratoires et dont le développement mycélien obstrue les canaux respiratoires

Noctuelles ravageurs du coton et du maïs

Baculovirus Infection létale du tube digestif

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