Ecotoxicity and endocrine disruptive effects of agrochemical exposure in larval amphibians.

Thomson, Paisley Elizabeth (2023). Ecotoxicity and endocrine disruptive effects of agrochemical exposure in larval amphibians. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 240 p.

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Résumé

Les populations d'amphibiens sont confrontées à un important déclin à l'échelle mondiale. Les activités agricoles, qui détruisent et polluent les habitats et les sites de reproduction des amphibiens avec des mélanges complexes de contaminants agrochimiques, sont l'un des principaux facteurs contribuant à cette perte de biodiversité. De nombreux produits agrochimiques, y compris des pesticides, des nutriments et des médicaments vétérinaires, ont été identifiés comme des perturbateurs endocriniens (PE), interférant avec les voies normales de signalisation hormonale dans les organismes non ciblés. Cependant, il existe peu de données sur les perturbations endocriniennes provoquées par l'exposition à des produits agrochimiques d'usage courant au cours du développement des têtards. Il est donc nécessaire de caractériser les effets cumulatifs des mélanges agrochimiques dans des conditions écologiques réalistes afin d'éclairer la politique environnementale concernant les risques liés aux produits agrochimiques. Dans cette thèse, j'ai étudié les effets de mélanges agrochimiques provenant à l'origine de champs de culture et de l'agriculture animale sur deux espèces d'amphibiens à des stades larvaires. La métamorphose des têtards représente une fenêtre de développement très sensible, et il a été démontré que les PE altèrent de manière significative la métamorphose en perturbant la signalisation endocrinienne des têtards. Nous avons exposé de manière chronique le crapaud d'Amérique (Anaxyrus americanus) à de l'eau de bassin de rétention agricole contenant un mélange complexe de pesticides (des herbicides, insecticides et un fongicide). La morphologie des têtards, le taux de métamorphose et l'expression des gènes hépatiques de détoxification et des transcrits liés à la thyroïde ont été significativement altérés après l'exposition. En outre, ce projet souligne l'importance d'étudier les effets cumulatifs des produits agrochimiques à différents stades du cycle de vie des amphibiens. En plus des pesticides, les promoteurs de croissance hormonaux administrés dans l'agriculture animale sont des PE d’intérêts. L'exposition chronique à la progestérone, à l'acétate de mélengestrol (AMG) et à leur mélange chez les têtards de Silurana tropicalis a provoqué des anormalités de développement et des perturbations de plusieurs axes endocriniens. En particulier, l’AMG, une hormone stéroïde synthétique, a altéré gravement la morphologie des têtards avec des mécanismes d'action moléculaires différents de ceux des mammifères, impliquant des altérations des voies de signalisation de la prolactine, de la thyroïde et du stress. Cette thèse offre des perspectives importantes sur les effets de PE des mélanges agrochimiques, soulignant la pertinence des bioessais chroniques avec des paramètres sensibles et sublétaux pour affronter ce défi écologique. Les résultats peuvent éclairer les décisions et la réglementation concernant l'utilisation et la gestion des rejets agrochimiques afin de mieux protéger les populations d'amphibiens et les écosystèmes aquatiques en général.

Amphibian populations are facing severe global declines. A major factor contributing to this biodiversity loss is agricultural activities that destroy and pollute amphibian habitats and breeding sites with complex mixtures of agrochemical contaminants. Many agrochemicals, including pesticides, fertilizers, and veterinary drugs, have been identified as endocrine disrupting chemicals (EDCs), interfering with normal hormone signalling pathways in non-target organisms. However, there is limited data on the endocrine disruptive effects of exposure to current-use agrochemicals during tadpole development. There is a need to characterize the cumulative effects of agrochemical mixtures under ecologically realistic conditions to inform environmental policy concerning agrochemical safety. In this thesis, I investigated the effects of agrochemical mixtures from both row-crop and animal agriculture on two species of amphibians at sensitive, larval life stages. Tadpole metamorphosis represents a highly sensitive developmental window, and EDCs have been shown to significantly alter metamorphosis through perturbation of tadpole endocrine signalling. We conducted chronic exposures in the American toad (Anaxyrus americanus) to agricultural retention pond water containing a complex mixture of pesticides (e.g., herbicides: glyphosate, metolachlor; insecticides: neonicotinoids, diamides; and a fungicide: azoxystrobin). Tadpole morphology, rate of metamorphosis, and hepatic gene expression of detoxification and thyroid related transcripts were significantly altered following exposure. Moreover, this project highlights the importance of investigating cumulative agrochemical effects across various stages of the amphibian life cycle. In addition to pesticides, hormonal growth promotants administered in animal agriculture are EDCs of emergent concern. Chronic exposure to progesterone, melengestrol acetate (MGA), and their mixture in Silurana tropicalis tadpoles caused developmental abnormalities and revealed disruptions of multiple endocrine axes. Notably, MGA, a synthetic steroid hormone, severely impaired tadpole morphology with molecular mechanisms of action dissimilar to those in mammals, involving alterations of prolactin, thyroid, and stress signalling pathways. This dissertation offers valuable insights into the endocrine disruptive effects of agrochemicals and their mixtures, underscoring the importance of chronic bioassays with sensitive, sub-lethal endpoints in addressing this ecological challenge. The findings can inform decisions and policy concerning the use and management of agrochemical releases to better protect amphibian populations and broader aquatic ecosystems.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Langlois, Valérie
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Robinson, Stacey A.
Mots-clés libres:	produits agrochimiques; amphibiens; têtards; métamorphose; perturbation endocrinienne; pesticides; hormones stéroïdiennes; hormones thyroïdiennes; crapaud d'Amérique; xénope tropical; agrochemical; amphibian; tadpole; metamorphosis; endocrine disruption; pesticide; steroid hormone; thyroid hormone; American toad; Western clawed frog
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	18 avr. 2024 14:25
Dernière modification:	18 avr. 2024 14:25
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15610

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