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Fusarium graminearum, un génome à deux vitesses

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

La lutte contre la fusariose de l’épi et l’accumulation de mycotoxines dans les grains de céréales, notamment le blé, est un enjeu agronomique et sanitaire majeur à l’échelle mondiale. En Europe, parmi les agents responsables de la fusariose, l’ascomycète Fusarium graminearum est l’espèce prédominante. Dans un contexte de changement climatique, de modification des pratiques culturales et de recherche de résistances variétales durables, il est indispensable de comprendre la capacité d’évolution et d’adaptation du pathogène. Cette capacité à générer des isolats capables de contourner la résistance de la plante hôte et à s’adapter aux changements environnementaux est fonction de divers paramètres tels que la capacité de mutation, la recombinaison génétique au moment de la méiose ou les possibles flux de gènes entre populations.

Les études en populations naturelles de F. graminearum ont démontré le rôle essentiel de l’interfécondation dans la diversité génétique observée, et suggèrent que la recombinaison joue un rôle important dans la diversité génétique observée au champ à l’intérieur d’une même population, ainsi que dans l’évolution de ces populations dans le temps. Connaître les mécanismes de la recombinaison et sa régulation, est un élément clé pour comprendre le potentiel adaptatif du pathogène.

Nous avons pu établir le paysage de la recombinaison méiotique chez F. graminearum en construisant la première carte génétique haute densité de l’espèce. Il se caractérise par des régions à fort taux de recombinaison jouxtant des régions faiblement recombinées. En associant ce premier niveau d’analyse à une annotation des variants génétiques identifiés sur l’ensemble du génome, nous avons pu mettre en évidence que les régions hautement recombinantes présentent également un enrichissement en gènes spécifiquement exprimés lors du processus infectieux, avec notamment des gènes codant pour les protéines sécrétées par le champignon. Cette organisation du génome « à deux vitesses » semble être une caractéristique générale de l’espèce dépendant de mécanismes de régulation essentiels pour le champignon. Nos résultats suggèrent un rôle important de l’architecture chromosomique pour le potentiel adaptatif de F. graminearum.

A terme, la connaissance approfondie de la capacité évolutive de F. graminearum mettant en jeux des mécanismes de régulation de la recombinaison permettra de mieux anticiper l’émergence de souches plus agressives et plus toxinogènes, et in fine le risque épidémiologique lié. Les études se poursuivent en recherchant le rôle de la structure de la chromatine sur l’organisation du génome à deux vitesses, et en disséquant l’hérédité de divers caractères liés à la pathogénicité et la production de mycotoxines, par une approche de génétique quantitative.

Ces résultats ont été obtenus au cours de la thèse de Benoit Laurent (2013-2016). Ils ont donné lieu à deux publications et plusieurs présentations lors de congrès nationaux et internationaux.

Références bibliographiques :

Laurent, B., M. Moinard, C. Spataro, N. Ponts, C. Barreau and M. Foulongne-Oriol (2017). "Landscape of genomic diversity and host adaptation in Fusarium graminearum", BMC Genomics 18(1): 203.

Laurent, B., C. Palaiokostas, C. Spataro, M. Moinard, E. Zehraoui, R. D. Houston and M. Foulongne-Oriol (2016). "High resolution mapping of the recombination landscape of the phytopathogen Fusarium graminearum suggests two-speed genome evolution", Molecular Plant Pathology. doi 10.1111/mpp.12524