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Utilisation d'un poisson modèle, Fundulus heteroclitus, pour évaluer le potentiel embryotoxique des polluants organiques persistants accumulés par l'anguille d'Amérique (Anguilla rostrata) du lac Ontario de 1988 à 2008

Rigaud, Cyril (2014). Utilisation d'un poisson modèle, Fundulus heteroclitus, pour évaluer le potentiel embryotoxique des polluants organiques persistants accumulés par l'anguille d'Amérique (Anguilla rostrata) du lac Ontario de 1988 à 2008. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 209 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Le recrutement des juvéniles de l'anguille d'Amérique (Anguilla rostrata) vers le lac Ontario (LO), Canada, a décliné drastiquement depuis les années 1980. Afin d'explorer la contribution possible à ce déclin du transfert maternel des polluants organiques persistants (POP), la présente étude mesure les variations temporelles de la toxicité de mélanges organiques complexes extraits d'anguilles capturées dans le LO en 1988, 1998 et 2008, chez les embryons de Fundu/us heteroclitus exposés par injection intravitelline (IVi). Afin d'identifier les composés les plus toxiques accumulés par les anguilles et de caractériser leurs effets embryotoxiques, des embryons de F heteroclitus ont été exposés par injection IVi à des doses sous-létales de plusieurs POP historiquement mesurés dans les tissus des poissons du LO, incluant certains composés apparentés aux dioxines (TCDD, BPCI26, BPC77 et 2,3,4,7,8- PnCDF), des BPC non-coplanaires (BPC52 et BPCI10) ainsi qu'à un mélange technique de BPC, ]'Aroclor 1254. Tous les composés apparentés aux dioxines ainsi que l'Aroclor 1254 ont causé des malformations crânio-faciales, une réduction dose-dépendante de la croissance larvaire et de la capacité de prédation sans altération de l'activité locomotrice de base, ainsi qu'une induction de l'activité de l'ethoxyrésorufine-O-dééthylase (EROD) chez les larves de F heteroclitus. Aucune de ces réponses n'a été observée avec les BPC non-coplanaires. Les relations doseréponse pour l'activité EROD pour la TCDD, le BPCl26 et le 2,3,4,7,8-PnCDF avaient des pentes similaires et les potentiels toxiques relatifs (PTR) du BPC126 et du 2,3,4,7,8-PnCDF par rapport à la TCDD ont été estimés à 0.71 et 2.40, respectivement. Ils étaient respectivement environ 140 et 5 fois supérieurs aux facteurs d'équivalence toxique (FET) de référence de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) pour ces deux composés chez les poissons, qui sont basés sur des données d' embryo-mortalité obtenues chez la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss). Ces résultats suggèrent que les PTR sont spécifiques à chaque espèce et que les FET actuels du BPC126 et du 2,3,4,7,8-PnCDF pourraient sous-estimer leurs potentiels toxiques chez certaines espèces de poissons. Les pentes des relations dose-réponse pour la capacité de prédation étaient plus prononcées pour le BPC126 et le 2,3,4,7,8-PnCDF par rapport à la TCDD, suggérant différentes voies d'effets. Le niveau d'expression de plusieurs gènes a également été mesuré par réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) à la suite d'expositions à des doses uniques de TCDD ou de BPC126 (1280 et 1250 pg g-J de poids humide, respectivement) causant un même niveau d'induction EROD. Un patron de réponses différent a été observé entre le BPCl26 et la TCDD : le BPC126 a semblé induire des réponses anti-oxydantes par l'intermédiaire du gène sod2, mais pas la TCDD. Cela suggère que ces deux composés agissent selon des mécanismes différents pour induire les altérations comportementales observées chez les larves de F heteroclitus, et que le stress oxydant est un facteur clef dans le cas du BPCI26. Les extraits d'anguille de 1988 et 1998 ont été les plus toxiques, provoquant un patron de réponses embryotoxiques sous-létales similaire à celui observé chez des embryons de F heteroclitus exposés aux composés apparentés aux dioxines précédemment cités ou à l'Aroclor 1254 : retard de croissance, malformations crânio-faciales, induction de l'activité EROD et réduction de la capacité de prédation des larves. Le potentiel toxique des extraits a décliné avec le temps: le seul effet sign ificatif observé avec les extraits de 2008 était l'induction de l' activité EROD. Les autres POP mesurés dans les extraits d' anguilles (BPC non-coplanaires, PBDE et pesticides organochlorés) n'ont pas semblé être d' importants contributeurs à l'embryotoxicité observée. En raison de la combinaison de ses concentrations élevées et de son PTR élevé par rapport à la TCDD chez les jeunes stades de vie de F heteroclitus, le BPC 126 était probablement le plus important contributeur à l'embryotoxicité observée avec l'Aroclor 1254 et les extraits d' anguille. Néanmoins, comme cela a pu être observé avec l'Aroclor 1254, les EQT-TCDD dérivés des données chimiques, calculés à partir des concentrations de certains composés apparentés aux dioxines dans les extraits et de leurs PTR respectifs chez F heteroclitus, ont surestimé la capacité des extraits à induire l'activité EROD, possiblement en raison d' interactions entre les différents POP. La toxicité des mélanges organiques complexes de POP accumulés par les anguilles du LO a pu être sous-estimée en raison de plusieurs facteurs , incluant les pertes chimiques durant la préparation des extraits, ainsi que l'absence d'évaluation de leurs effets à long terme. En plus de différences interspécifiques en termes de sensibilité à la TCDD déjà documentées dans la littérature, nos résultats démontrent qu' il existe des différences interspécifiques de FEI. Il existe donc une incertitude quant à la prédiction de la toxicitié d' un mélange complexe de composés apparentés aux dioxines chez A. rostrata à partir de données obtenues chez d' autres espèces. Dans l'ensemble, nos résultats supportent l'hypothèse selon laquelle la contamination du LO par les composés apparentés aux dioxines aurait représenté une menace pour la population de l'anguille d'Amérique en altérant des paramètres pertinents d' un point de vue environnemental, telle que la capacité de prédation des larves. Ces résultats soulignent l'importance de tester l'embryotoxicité des composés apparentés aux dioxines chez les jeunes stades de vie des différentes espèces d' anguilles, d' explorer les effets à long terme d' extraits organiques d'anguilles sur les jeunes stades de vie des poissons et de développer des biomarqueurs pour évaluer les altérations potentielles chez les jeunes anguilles collectées sur le terrain. -- Mots-clés: Anguille d'Amérique, Fundulus heteroclitus, TCDD, dioxine, BPC, Aroclor, embryotoxicité, comportement, TEF, EROD. -- ABSTRACT: Recruitment of American eel (Anguilla rostrata) juveniles to Lake Ontario (LO), Canada, declined significantly since the 1980s. To investigate the possible contribution of maternally transferred persistent organic pollutants (POPs) to this deeline, this study measured temporal variations in the toxicity of complex organic mixtures extracted from LO eels captured in 1988, 1998 and 2008 to Fundulus heteroclitus embryos exposed by intravitelline (IVi) injection. To identify the most toxic compounds accumulated by eels and to characterize their embryotoxic effects, F heteroclitus embryos were exposed by IVi injection to sublethal doses of various POPs historically measured in LO fish tissues, including dioxinlike compounds (DLCs) (TCDD, PCB126, PCB77 and 2,3 ,4,7,8-PnCDF), non-dioxin-like (NDL) PCBs (PCB52 and PCB 110) and also to a complex mixture of PCBs, Aroelor 1254. All DLCs as weil as Aroelor 1254 caused craniofacial deformities, a dose-responsive reduction of larval growth and prey capture ability without alteration of basallocomotor activit y, and induction of ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity in F heteroclitus larvae. None of these responses was induced by the two NDL PCBs. The dose-response relationships for EROD activity for PCB 126, 2,3,4,7,8-PnCDF and TCDD had similar slopes and the relative potencies (RePs) of PCB126 and 2,3,4,7,8-PnCDF to TCDD for EROD activity were estimated at 0.71 and 2.40, respectively. They were approximately and respectively 140- and 5-fold higher than the WorId Health Organization (WHO) TCDD equivalency factors (TEFs) of PCB126 and 2,3,4,7,8-PnCDF for fish , which are based on rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) embryolethality data. These results suggest that relative potencies are species-specific and that the current ReP for PCB126 and 2,3,4,7,8-PnCDF underestimates their toxicity for some fish species. The si opes of the dose-response relationships for prey capture ability for PCB126 and 2,3,4,7,8-PnCDF were steeper th an for TCDD, suggesting different pathways of effects. Expression levels of several genes were also studied by quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) following exposure to single doses of TCDD or PCB 126 (1280 and 1250 pg g-I wet weight, respectively) causing similar EROD induction. A different pattern of responses was observed between PCB 126 and TCDD : PCB 126 appeared to induce antioxidant responses by inducing sod2 expression, while TCDD did not. It suggests that these two compounds act through different mechanisms to produce behavioral alterations in F heteroclitus larvae, and that oxidative stress may be a key factor in the case of PCB 126. The 1988 and 1998 eel ex tracts were the most toxic, causing a pattern of sublethal embryotoxic responses similar to those reported in F heteroclitus embryos exposed to previously cited DLCs or to Aroelor 1254 : stunted growth, craniofacial deformities, induction of EROD activity, and reduced predatory capacities of larvae. The potency of these extracts declined over time : the only significant effect of 2008 eel ex tracts was EROD induction . Other POPs measured in eel extracts (NDL PCBs, PBDEs and organochlorinated pesticides) did not appear to be important agonistic contributors to the observed toxicity. Due to the combination of its concentrations and its high ReP compared to TCDD in F heteroclitus early life stages (ELS), PCB 126 was probably the most important contributor to the ove ra li embryotoxicity observed with Aroelor 1254 or eel extracts. However, as observed with Aroelor 1254, the chemically derived TCDD-TEQs of eel extracts, calculated using measured concentrations of sorne DLCs and their RePs for F heteroclitus ELS, overestimated their potency to induce EROD activity possibly due to interactions among POPs. The toxicity of the complex mixtures of POPs accumulated by LO eels may have been underestimated as a result of several factors, ineluding the loss of POPs during ex tracts preparation and the non-assessment of their potentiallong-term effects. In addition to the interspecific differences in tenns of sensitivity to TCDD documented in the literature, our results demonstrates that interspecific differences also exist for TEFs. Thus, there is uncertainty in the prediction of the toxicity of complex mixtures of DLCs to A. rostrata from data obtained with other species. Overall, our results support the hypothesis that contamination of LO with DLCs may have represented a threat for the American eel population through ecologically relevant effects such as altered larval prey capture ability. These results prioritize the need to assess ELS toxicity of DLCs in Anguilla species, to investigate long-term or delayed effects of complex eel ex tracts to ELS of fish and to further develop biomarkers to assess potential effects in eel ELS col1ected in the field. -- Keywords : American eel, Fundulus heteroclitus, TCDD, dioxin, PCB, Aroclor, embryotoxicity, behavior, TEF, EROD.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Couillard, Catherine
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Pellerin, Jocelyne
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae Doctor.
Mots-clés: Anguille Amerique Anguilla Rostrata Choquemort Fundulus Heteroclitus Modele Lac Ontario Ecotoxicologie Polluant Organique Persistant
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 05 mai 2016 19:49
Dernière modification: 05 mai 2016 19:49
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1059

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