Un champignon a transmis une part de son patrimoine génétique à l'ancêtre des plantes terrestres
Une équipe toulousaine a révélé qu'un champignon aurait transmis une part de son patrimoine génétique à un ancêtre commun à toutes les plantes terrestres. Ces résultats importants sont publiés dans la revue Nature Genetics.
Il y a environ 500 millions d'années, durant le Paléozoïque, la vie était principalement confinée aux milieux aquatiques. Les plantes, bien qu'apparues il y a plus de 3 milliards d'années, n'avaient pas encore colonisé la terre ferme. C'est alors qu'une algue, évoluant probablement en eau douce et souvent émergée, a initié la transition vers le milieu terrestre, devenant l'ancêtre de toutes les plantes terrestres que nous connaissons aujourd'hui.
Bien que cet ancêtre primordial reste encore mal connu, il est admis que pour survivre et prospérer sur la terre ferme, ces algues ont dû bénéficier d'interactions étroites avec d'autres organismes, notamment les champignons. Ces interactions ont probablement joué un rôle crucial dans l'adaptation à ce nouvel environnement.
Le transfert horizontal de gènes : un mécanisme clé dans l'évolution végétale
Les scientifiques de l'université de Toulouse ont mené une étude approfondie sur plus d'une centaine de plantes Marchantia polymorpha. En recherchant les différences génétiques entre ces individus, ils ont identifié un gène présent à la fois chez ces plantes et chez les champignons. Cette découverte suggère un transfert horizontal de gènes, un processus par lequel un organisme acquiert du matériel génétique d'un autre organisme sans reproduction sexuée, du champignon vers l'ancêtre commun des plantes terrestres.
Chloé Beaulieu, première auteure de l'étude et doctorante au laboratoire de recherche en sciences végétales de l'université de Toulouse au moment des recherches, explique l'importance de cette transition majeure. Les écosystèmes terrestres actuels sont le résultat de cette sortie des eaux par les algues il y a 500 millions d'années, qui ont ensuite évolué en une vaste diversité de plantes terrestres.
Bien que la recherche en sciences végétales se concentre souvent sur les plantes à fleurs, qui ne représentent qu'une fraction de la diversité végétale, l'étude s'est penchée sur les bryophytes, un groupe de plantes dont l'ancêtre commun avec les plantes à fleurs vivait sur terre il y a 500 millions d'années. "Nous avons entrepris d'analyser le bagage génétique d'une centaine d’individus d’une espèce spécifique de bryophytes, Marchantia polymorpha - l’hépatique des fontaines - provenant à la fois d’Europe et des États-Unis", explique Maxime Bonhomme, maître de conférences à l'Université de Toulouse et co-auteur de l'étude.
Parmi les familles de gènes identifiées, une a particulièrement retenu l'attention : elle résulte d'un transfert depuis un champignon vers l'ancêtre commun des plantes terrestres. Ce gène, transmis lors de la colonisation terrestre, a pu avoir un impact significatif. "Nos travaux montrent que ce gène est associé à l’adaptation au milieu terrestre, et nous pouvons spéculer que sans lui les algues n’auraient pas pu rester longtemps sur la terre ferme", ajoute Pierre-Marc Delaux, directeur de recherche CNRS et co-auteur de l'article. Ce gène aurait aidé les algues à s'adapter aux contraintes du nouvel habitat, telles que le manque d'eau et la présence de nouveaux microorganismes.
Les analyses ont également révélé la présence de récepteurs importants pour l'immunité des plantes, leur permettant de résister aux maladies, ainsi que des protéines impliquées dans l'équilibre oxydatif des cellules, essentiel pour faire face aux stress environnementaux.
Le gène Fhb7 : une résistance aux maladies d'origine fongique transmise par les champignons
Une autre étude, menée sur le blé, met en lumière un transfert de gènes similaire. Le blé tendre (Triticum aestivum) utilise des espèces sauvages de la tribu des Triticeae, comme Thinopyron elongatum, comme source de gènes de résistance à diverses maladies cryptogamiques, telles que les rouilles, l'oïdium et la fusariose de l'épi. Certaines lignées de blé, issues d'hybridations interspécifiques, portent sur leur chromosome 7B un locus, Fhb7, provenant de T. elongatum, qui confère une résistance à Fusarium graminearum.
Les travaux de Wang et al. ont permis de séquencer le génome de T. elongatum et d'annoter ses gènes. En comparant avec d'autres Triticeae, ils ont estimé le dernier ancêtre commun entre les genres Thinopyron et Triticum à environ 4 à 6 millions d'années.
Le clonage positionnel du gène Fhb7 dans des lignées de blé a été rendu possible grâce à la connaissance du génome de T. elongatum. Les recherches ont confirmé qu'il s'agit bien du gène conférant cette résistance.
Ce qui est particulièrement remarquable, c'est que le gène Fhb7, présent chez T. elongatum et T. ponticum, ne possède pas de séquence homologue dans le règne végétal. En revanche, il présente une forte homologie avec des séquences de glutathion-S-transférase (GST) présentes chez les champignons du genre Epichloë. Il est donc fort probable que ces espèces de Thinopyron aient acquis ce gène par transfert horizontal à partir de ces champignons, qui vivent en association étroite avec les plantes et produisent des alcaloïdes limitant la pression des herbivores.
La séquence codante du gène Fhb7 dans la plante est régulée par des signaux répondant à la présence de trichothécènes, un groupe de mycotoxines produites par Fusarium. Ces mycotoxines sont des inhibiteurs de la synthèse protéique et jouent un rôle important dans la pathogénie du champignon. L'analyse chimique montre que la GST détoxifie un large spectre de trichothécènes en rompant leur groupement époxyde, responsable de leur toxicité.
Cette activité enzymatique pourrait être très utile en biomédecine et dans l'industrie alimentaire pour lutter contre ces mycotoxines, qui peuvent contaminer les grains à la récolte et avoir des effets cancérogènes et immunosuppresseurs chez l'homme et les animaux d'élevage. Des études antérieures ont montré que Fusarium graminearum se comporte comme un endophyte non pathogène chez de nombreuses graminées sauvages, avec de faibles accumulations de trichothécènes, suggérant une adaptation des plantes à métaboliser ou détoxifier ces mycotoxines, comme dans le cas du gène Fhb7.
Le transfert horizontal de gènes des micro-organismes aux plantes est un phénomène bien documenté, notamment le transfert des gènes de l'ADN T d'Agrobacterium, qui concerne environ 7% des espèces dicotylédones.
Lepista inversa : un champignon comestible aux propriétés réparatrices pour les maladies génétiques
Une autre découverte fascinante concerne le champignon Lepista inversa (également appelé Paralepista inversa ou clitocybe inversé). Une équipe de recherche dirigée par Fabrice Lejeune, chercheur Inserm, a montré que l'un des principes actifs de ce champignon possède des propriétés réparatrices capables de corriger certaines mutations génétiques "non-sens". Ces travaux ont été publiés dans Nature Communications.
Les maladies rares, souvent d'origine génétique, touchent environ 300 millions de personnes dans le monde. Dans près de 10% des cas de maladies génétiques rares, des mutations "non-sens" sont impliquées. Ces mutations introduisent un "codon stop" dans le gène, interrompant prématurément la synthèse de la protéine correspondante, ce qui entraîne l'apparition des symptômes cliniques.
Dans une étude précédente, les chercheurs avaient déjà découvert que des extraits de Lepista inversa pouvaient réparer les mutations non-sens dans des lignées cellulaires de patients atteints de mucoviscidose. Dans leur nouvelle étude, ils ont identifié la molécule active responsable de cette réparation : la 2,6-diaminopurine (DAP).
La DAP répare les mutations non-sens associées au codon stop UGA, le plus fréquent des trois codons stop du code génétique humain. Elle agit en forçant la synthèse complète de la protéine malgré la présence du codon stop, un processus appelé "translecture". Cette molécule s'est avérée très peu toxique et efficace dans des modèles cellulaires et animaux.
Cette découverte ouvre des perspectives thérapeutiques prometteuses pour les patients atteints de maladies génétiques rares, permettant potentiellement de corriger les aspects cliniques en restaurant la fonction des gènes mutés. Il est précisé que le traitement ne consisterait pas à consommer le champignon directement, mais à développer des médicaments à base du principe actif identifié.
La recherche s'appuie sur la Chimiothèque nationale et l'Extractothèque du Muséum, des collections de molécules et d'extraits naturels qui servent de base à la découverte de nouveaux principes actifs. Les extraits de champignons, conservés depuis des années, ont ainsi permis cette avancée significative.
Les champignons : des alliés pour la santé cérébrale et la nutrition
Au-delà de leurs applications médicales directes, les champignons font l'objet de recherches pour leurs bienfaits sur la santé cérébrale et leur potentiel en tant que source de protéines.
Certains composés bioactifs présents dans les champignons, tels que les polysaccharides, les triterpènes et les ergothionéines, favorisent les fonctions cognitives par trois mécanismes majeurs : la neurogenèse (formation de nouveaux neurones), la réduction du stress oxydatif (facteur de vieillissement cérébral) et la modulation des connexions synaptiques (cruciales pour l'apprentissage et la mémoire).
Des études ont montré qu'une consommation régulière de champignons riches en ergothionéine peut réduire significativement le risque de déclin cognitif léger chez les seniors. Cinq espèces de champignons sont particulièrement remarquables pour leurs bienfaits cérébraux :
- Le Lion's Mane (Hericium erinaceus) : Stimule la production de NGF (facteur de croissance nerveuse), améliore la mémoire, la concentration et les capacités d'apprentissage.
- Le Reishi (Ganoderma lucidum) : Réputé pour ses effets sur le stress, il soutient les fonctions cognitives en réduisant le stress oxydatif et les inflammations neuronales.
- Le Cordyceps : Améliore l'oxygénation des cellules grâce à l'adénosine, booste la concentration, la vigilance et l'endurance physique.
- Le Shiitake (Lentinula edodes) : Riche en lentinane et vitamines B, il agit sur la production de neurotransmetteurs, améliore l'humeur et soutient les fonctions cognitives.
- Le Chaga (Inonotus obliquus) : Très riche en antioxydants, il protège les cellules du cerveau contre les radicaux libres, améliore la mémoire à long terme et protège contre le déclin lié au stress oxydatif.
Par ailleurs, les champignons sont étudiés comme une source alternative de protéines, notamment pour la production de mycoprotéines. Des recherches visent à modifier génétiquement des champignons pour optimiser leur métabolisme et augmenter leur efficacité de production de protéines, offrant une alternative plus durable et plus rapide aux filières classiques de production de viande.
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