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Un dispositif d’étude pluridisciplinaire du stockage de céréales en fosses silos afin d'explorer des pratiques anciennes pour éclairer des bifurcation agroécologiques

La tique, cet ennemi connu de tous, pourrait être l’allié du blé. Vecteur d'agents pathogènes, notamment ceux responsables de la maladie de Lyme, la tique dispose d'une grande capacité de résistance lui permettant de s'adapter à différents environnements. Les défensines, une famille de peptides antimicrobiens, sont une des composantes majeures de son système immunitaire. Une de ces défensines s’est avérée comme très efficace pour inhiber la croissance de Fusarium graminearum, le principal champignon responsable de la Fusariose, une maladie fongique menaçant la culture des céréales à paille. Cette défensine est aussi capable d’empêcher F. graminearum de produire des mycotoxines, et en particulier du déoxynivalenol dont la toxicité pour l’Homme et les animaux d’élevage n’est plus à démontrer. Ce sont les conclusions de travaux menés par des chercheurs INRAE de MycSA, en collaboration avec l’ANSES et l’Ecole nationale vétérinaire d’Alfort (UMR BIPAR). C’est en combinant deux domaines d’expertise, les tiques d’un côté et le pathogène fongique de l’autre, que les chercheurs ont découvert l’action de cette protéine, qui a donné lieu à un dépôt de brevet. Leurs travaux, parus dans la revue Scientific Report, proposent un outil de biocontrôle prometteur pour lutter contre ce pathogène mondial et protéger les productions céréalières.

Fusarium graminearum est un champignon phytopathogène, responsable de la fusariose, maladie particulièrement dommageable sur céréales, associée à une contamination des grains et des produits alimentaires par des mycotoxines. Mieux comprendre l’interaction du champignon avec la plante et les facteurs qui influent sur sa capacité à produire les toxines est indispensable pour ajuster au mieux les méthodes de lutte. Une approche originale sans a priori, allant du phénotype au gène, a été initiée pour étudier l’hérédité des caractères d’agressivité sur plante et de capacité de production de toxines. Une approche combinant génétique quantitative et génomique a permis de démontrer qu’un locus majeur supporté par une variation allélique au sein du gène Velvet était impliqué dans la variation de ces caractères de pathogénicité. Ce résultat conforte l’importance de Velvet comme régulateur maître dans le développement, le métabolisme et le pouvoir pathogène de ce champignon et questionne sur son implication en terme épidémiologique.

La variante d'histone H2A.Z joue un rôle important dans l’expression des gènes chez les eucaryotes en modifiant le degré de compaction de la chromatine, ce qui module l’accessibilité de l’ADN aux divers facteurs de transcription. Largement étudiée chez la levure et les eucaryotes supérieurs, les connaissances sur le rôle de H2A.Z et sa régulation dans les champignons filamenteux sont quant à elles très incomplètes. Ici, nous démontrons pour la première fois que des mutations spontanées ont lieu sur un pas de temps court, qui compensent les conséquences délétères de l'élimination complète de H2A.Z du génome de Fusarium graminearum mais pas chez Fusarium fujikuroi, tous deux producteurs de mycotoxines sur grandes cultures. Ces mutations ont lieu sur des gènes impliqués dans le remodellage de la chromatine, différents selon les clones considérés ce qui suggère l’existence d’un réseau de gènes flexible et aux multiples ramifications. Enfin, ces résultats soulignent la formidable plasticité du génome de Fusarium graminearum lui conférant un potentiel adaptatif remarquable.

Fusarium avenaceum et Fusarium tricinctum sont deux espèces productrices de mycotoxines «émergentes» fréquemment retrouvées sur les épis de blé et d'orge. Très proches phylogénétiquement, les séquences de leurs génomes mitochondriaux sont pourtant très disctinctes dans leurs régions intergéniques mais aussi dans la structure d’une large ORF non-identifiée, typiquement retrouvée chez d’autres Fusaria. En particulier, des séquences répétées mononucleotidique A(n) ou T(n) organisées en palindromes sont retrouvées de façon variable chez les deux espèces, suggérant ici un nouveau type d’élément génétique mobile. Egalement, des mouvements inter- mais aussi intra-spécifiques d’introns du groupe I ont été mis en évidence, avec des transferts latéraux entre espèces distantes phylogénétiquement, soulignant ainsi le rôle important de la reproduction sexuée intra- mais aussi interspécifique dans la structuration des populations.

Les mycotoxines produites par les espèces fongiques du genre Fusarium sont des contaminants fréquents des récoltes céréalières. Un des leviers des stratégies de maîtrise du risque repose sur une utilisation raisonnée de fongicides. La recherche d’alternatives aux molécules de synthèse actuellement utilisées est un enjeu majeur pour les filières céréalières. En capitalisant sur la connaissance scientifique acquise sur la physiologie de l’agent fongique et en exploitant les données de génomique et transcriptomique disponibles, une stratégie de biologie computationnelle a été mise en œuvre pour définir les cibles fongiques les plus pertinentes. Un criblage virtuel de plusieurs milliers de molécules (différentes chimiothèques) a été réalisé, conduisant à une liste restreinte de composés potentiellement inhibiteurs des cibles fongiques sélectionnées. Après vérification expérimentale de leur activité biologique, un motif chimique très intéressant pour sa capacité à inhiber la production de mycotoxines a été mis en évidence. Cette étude a permis de démontrer les atouts de la biologie "computationnelle" pour proposer de nouvelles matières actives et surtout pour définir les critères de criblage de banques de composés naturels et progresser dans le développement de nouveaux biofongicides.

La culture du blé est soumise à une diversité de contraintes biotiques et abiotiques qui peuvent affecter la qualité des récoltes. Deux contraintes spécifiques ont un impact majeur sur la qualité sanitaire et l’innocuité des grains chez le blé dur : la présence en excès de cadmium dans le sol et l’infection à floraison par Fusarium graminearum. Le cadmium du sol est prélevé par la plante et s’accumule dans les grains. F. graminearum produit des mycotoxines, en particulier le déoxynivalenol, qui contaminent les récoltes. Un dispositif expérimental en conditions contrôlées a permis de démontrer que ces deux événements de contamination n’étaient pas indépendants. L’exposition du blé dur au cadmium via le sol limiterait le développement du pathogène fongique ainsi que la production de la mycotoxine déoxynivalenol. Cette interaction serait liée à un effet du cadmium contenu dans les tissus végétaux sur la croissance et toxinogénèse de F. graminearum ainsi qu’à une amplification de la réponse de défense du blé dur à l’infection par le pathogène fongique en présence de cadmium.

Fusarium graminearum est le principal agent fongique responsable de la contamination des récoltes céréalières par des mycotoxines et en particulier par le déoxynivalenol et la zéralénone. Décrypter les mécanismes conduisant à l’induction ou à la répression de la biosynthèse de ces toxines est indispensable pour pouvoir espérer définir des stratégies de maîtrise du risque. Nos travaux ont démontré l’imbrication étroite de ces voies de biosynthèse avec le métabolisme primaire fongique et en particulier la chaîne respiratoire et le métabolisme de l’acide gamma-aminobutyrique. Ils ont aussi illustré l’équilibre entre voies métaboliques et ont alerté sur le fait qu’inhiber la voie de biosynthèse d’une mycotoxine pouvait stimuler celle d’une autre. Ils ouvrent la voie sur l’identification de cibles fongiques à considérer dans la recherche de biomolécules pouvant se substituer aux fongicides de synthèse.

Le génome du champignon phytopathogène Fusarium tricinctum, souche INRA104, a été séquencé à un taux de couverture supérieur à 500 ×. Un total de 22 scaffolds ont été obtenus, plus un pour le génome mitochondrial, pour une taille de génome totale de 42,8Mb, avec une teneur moyenne en GC de 45% et 13387 gènes prédits

De récentes observations suggèrent une évolution rapide des populations de F. graminearum, agent majoritaire de la fusariose des épis et principal responsable de la contamination des grains par des mycotoxines de la famille des trichothécènes, questionnant ainsi la durabilité des moyens de luttes actuels. Mieux comprendre le potentiel adaptatif du pathogène est déterminant pour anticiper la survenue d’épidémies et d‘épisodes de contamination des récoltes. Par une approche de cartographie génétique couplée à une annotation des variants nucléotidiques, nous avons mis en évidence un génome à deux vitesses, avec des régions hautement recombinantes, très polymorphes et enrichies en gènes potentiellement impliqués dans la pathogénie