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Communiqué de presse. 09/12/2010

L’oïdium a un petit faible pour l’orge

Le génome de l’oïdium Blumeria graminis, un des principaux champignons pathogènes de l’orge vient d’être décrypté par un consortium de chercheurs dont fait partie l’INRA de Versailles-Grignon. Résultat majeur de ce séquençage, les chercheurs ont constaté que le génome de l’oïdium était beaucoup plus simple que celui d’autres champignons pathogènes et contenait deux fois moins de gènes. Certains des gènes absents permettent chez les autres champignons la synthèse de protéines indispensables à une croissance autonome ou sont impliqués dans la destruction des plantes. Leur absence dans le génome de l’oïdium expliquerait que ce champignon soit totalement dépendant de l’orge et ne le détruise pas, mais l’utilise avec parcimonie pour se reproduire. L’ensemble de ces résultats est disponible dans l’édition en ligne avancée de la revue SCIENCE du 10 décembre 2010.

Les champignons sont les principaux micro-organismes pathogènes des plantes. Ils sont responsables d’épidémies dévastatrices pour les cultures depuis la naissance de l’agriculture. Les champignons ont développé des stratégies d’interactions complexes avec les plantes (symbiose, endophytisme, pathogénie) qui se sont mises en place au cours de 400 millions d’années de co-évolution.

Parmi les champignons pathogènes des céréales, l’oïdium représente une menace majeure car il est responsable de baisses importantes de rendement des plantes infectées. L’oïdium présente en effet la particularité d’être un micro-organisme biotrophe¹, c'est-à-dire qu’il ne tue pas sa plante hôte, mais met en place un système d’échanges métaboliques complexes affaiblissant peu à peu la plante sur le plan énergétique. La croissance et la reproduction des oïdiums sont donc entièrement dépendantes des plantes dont ils sont pathogènes.

Pour comprendre les raisons biologiques de cette particularité, un consortium de chercheurs, dont fait partie l’INRA de Versailles-Grignon, a entrepris le séquençage et l’annotation des gènes de l’oïdium de l’orge, Blumeria graminis. Les chercheurs ont constaté que le génome de l’oïdium contenait deux fois moins de gènes –environ 6000 au lieu de 12 000- par rapport aux autres champignons. Les gènes qui manquent à l’oïdium codent pour des protéines impliquées dans certaines voies métaboliques comme la synthèse de la vitamine B1, du glycérol ou l’assimilation des nitrates. Les gènes impliqués dans la synthèse par l’oïdium de métabolites secondaires toxiques pour la plante et ceux des protéines dégradant la paroi des cellules des plantes sont également absents. En revanche l’oïdium possède un grand nombre de gènes codant des protéines sans activité enzymatique connue et sécrétées dans les tissus de la plante hôte (effecteurs) qui pourraient manipuler la cellule végétale afin de faciliter l’installation du champignon dans la plante. Parallèlement, le génome de ce champignon a été envahi par des éléments transposables², qui représentent 64% de son génome. Ces expansions massives d’éléments répétés sont connues pour favoriser les réarrangements chromosomiques, les duplications et les mouvements de gènes. Ces éléments ont dû jouer un rôle important dans l’adaptation de cette espèce à ses hôtes.

L’ensemble de ces données explique vraisemblablement les raisons pour lesquelles l’oïdium de l’orge est un champignon biotrophe. Au cours de l’évolution, ce champignon s’est si bien adapté à sa plante hôte qu’il a peu à peu perdu son bagage génétique lui permettant de croître seul, devenant de fait totalement dépendant de sa plante hôte, l’orge.

L’analyse des génomes d’oïdium pathogènes d’autres plantes (blé, arabette) est en cours. La comparaison de ces génomes permettra d’identifier les fonctions conservées nécessaires à leur caractère pathogène, et notamment les facteurs qui sont spécifiques à l’attaque d’une plante donnée. Ces analyses permettront de mieux comprendre comment ces espèces se sont spécialisées vis-à-vis de certaines plantes hôtes au cours de leur évolution. A terme la connaissance approfondie des oïdiums conduira certainement au développement de nouvelles méthodes de lutte basées sur la biologie particulière de ces organismes.

 

¹Les autres familles de champignons peuvent être nécrotrophes (elles tuent leurs plantes hôtes) ou en encore hémibiotrophes (phase biotrophe suivie d’une phase nécrotrophe).
² Un élément transposable est une séquence d'ADN capable de se déplacer et de se multiplier de manière autonome dans un génome. Elle n’a généralement pas de « fonction » identifiée.

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Référence :
Genome expansion and gene loss in powdery mildew fungi reveal functional tradeoffs in extreme parasitisms. SCIENCE, 10 décembre 2010.
Pietro D. Spanu,¹ James C. Abbott,¹ Joelle Amselem,² Timothy A. Burgis,¹ Darren M. Soanes,³ Kurt Stüber,⁴ Emiel Ver Loren van Themaat,⁴ James K. M. Brown,⁵ Sarah A. Butcher,¹ Sarah J. Gurr,⁶ Marc-Henri Lebrun,² Christopher J. Ridout,⁵ Paul Schulze-Lefert,⁴ Nicholas J. Talbot,³ Nahal Ahmadinejad,⁴ Christian Ametz,¹ Geraint R. Barton,¹ Mariam Benjdia,⁴ Przemyslaw Bidzinski,⁴ Laurence V. Bindschedler,⁷ Maike Both,¹ Marin T. Brewer,⁸ Lance Cadle-Davidson,^9,10 Molly M. Cadle-Davidson,⁹ Jerome Collemare,² Rainer Cramer,⁷ Omer Frenkel,⁸ Dale Godfrey,¹¹ James Harriman,⁹ Claire Hoede,² Brian C. King,⁸ Sven Klages,¹² Jochen Kleemann,⁴ Daniela Knoll,⁴ Prasanna S. Koti,⁴ Jonathan Kreplak,² Francisco J. López-Ruiz,⁵ Xunli Lu,⁴ Takaki Maekawa,⁴ Siraprapa Mahanil,⁹ Michael G. Milgroom,⁸ Giovanni Montana,¹ Sandra Noir,⁴ Richard J. O’Connell,⁴ Simone Oberhaensli,¹³ Francis Parlange,¹³ Carsten Pedersen,¹¹ Hadi Quesneville,2 Richard Reinhardt,¹² Matthias Rott,⁴ Soledad Sacristán,¹⁴ Sarah M. Schmidt,⁴ Moritz Schön,⁴ Pari Skamnioti,⁶ Hans Sommer,⁴ Amber Stephens,⁴ Hiroyuki Takahara,⁴ Hans Thordal-Christensen,¹¹ Marielle Vigouroux,⁶ Ralf Weßling,⁴ Thomas Wicker,¹³ Ralph Panstruga⁴.

¹Department of Life Sciences, Imperial College London, London, UK. ²Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Unité de Recherche Genomique Info, Versailles, France. ³School of Biosciences, University of Exeter, Exeter, UK. ⁴Department of Plant Microbe Interactions, Max- Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Germany. ⁵Department of Disease and Stress Biology, John Innes Centre, Norwich, UK. ⁶Department of Plant Sciences, University of Oxford, Oxford, UK. ⁷Department of Chemistry, University of Reading, Reading, UK. ⁸Department of Plant Pathology and Plant Microbe Biology, Ithaca, NY, USA. ⁹U.S. Department of Agriculture–Agricultural Research Service, Geneva, NY, USA. ¹⁰Department of Plant Pathology and Plant Microbe Biology, Cornell University, Geneva, NY, USA. ¹¹Department of Agriculture and Ecology, Faculty of Life Sciences, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark. ¹²Max-Planck Institute for Molecular Genetics, Berlin, Germany. ¹³Institute of Plant Biology, University of Zürich, Zürich, Switzerland. ¹⁴Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA) and E.T.S.I. Agrónomos Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Spain.