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Theses Year : 2020

Analysis of the molecular basis of herbicide resistance in plants

Analyse des bases moléculaires de la résistance aux herbicides chez les plantes

Abstract

Acquired weed resistance to herbicides is an increasing concern in modern agriculture. Herbicide metabolism by cytochrome P450 monooxygenases is a major source of resistance. In human liver, a few promiscuous P450s perform most of drug detoxification. Correlation of herbicide metabolism with plant P450 promiscuity was thus investigated. Majors classes of herbicides were tested for oxidation by six plant P450 enzymes with low to high promiscuity. The most promiscuous, CYP706A3 from Arabidopsis thaliana, was found to hydroxylate pendimethalin and most other dinitroanilines. CYP706A3-mediated metabolism led to herbicide resistance in Arabidopsis plants. Only oryzalin was not metabolized. Protein homology modelling and dinitroaniline docking in CYP706A3 active site support experimental results and suggest that absence of oryzalin conversion results from impaired access to active site. Dinitroaniline conversion was also observed with other CYP706 enzymes metabolizing small hydrophobic compounds.
La résistance croissante des adventices aux herbicides est une préoccupation majeure de l’agriculture moderne. Le métabolisme des herbicides par les cytochromes P450 oxygénases est souvent la cause de cette résistance. Dans le foie humain, quelques P450s peu spécifiques détoxiquent la plupart des médicaments. Pour examiner la relation entre promiscuité des P450s chez les plantes et métabolisme des herbicides, la conversion des grandes classes d’herbicides par six P450s de faible à forte spécificité de substrat a été testée. Le moins sélectif, CYP706A3 d’Arabidopsis thaliana, s’est montré capable d’hydroxyler la pendiméthaline, ainsi que la plupart des autre dinitroanilines. Il confère également à la plante une résistance à ces herbicides. Seule l’oryzaline n’est pas métabolisée. La modélisation par homologie de CYP706A3 rationalise ces résultats et suggère que l’oryzaline n’a pas accès au site actif. D’autres CYP706s oxydant de petites molécules hydrophobes convertissent aussi les dinitroanilines.
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Dates and versions

tel-03504141 , version 1 (28-12-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03504141 , version 1

Cite

Fatemeh Abdollahi. Analysis of the molecular basis of herbicide resistance in plants. Organic chemistry. Université de Strasbourg; University of Mohaghegh Ardabili (Ardabil, Iran), 2020. English. ⟨NNT : 2020STRAF012⟩. ⟨tel-03504141⟩
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