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Oïdium du blé (Blumeria graminis). © LANNOU Christian

L’oïdium du blé, un champignon pathogène au profil d’évolution unique

Des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon, au sein d’un consortium européen, ont mis en évidence que le patrimoine génétique de l’oïdium du blé lui a fourni toute la diversité nécessaire pour s’adapter, au cours de l’évolution, à son environnement géographique et à de nouvelles plantes hôtes. Ces résultats publiés le 14 juillet 2013 dans la revue Nature Genetics, révèlent ainsi l’aptitude originale de ce champignon à s’adapter à son hôte.

Mis à jour le 09/09/2014
Publié le 18/07/2013

Principaux agents pathogènes des plantes, les champignons sont responsables d’épidémies dévastatrices pour les cultures. Parmi les champignons pathogènes des céréales, l’oïdium présente la particularité d’être un champignon biotrophe obligatoire, c'est-à-dire qu’il met en place un système d’échanges complexes avec la plante hôte affaiblissant peu à peu celle-ci. Par contre, sa reproduction dépend entièrement des plantes qu’il infecte (pas de croissance en dehors de la plante). L'apparition de l'agriculture, il y a environ 10 000 ans et la domestication des céréales ont entraîné des changements drastiques dans l’environnement biotique de cet agent pathogène en permettant la culture sur de grandes surfaces de plantes potentiellement hôtes. Une équipe internationale de scientifiques dans laquelle sont présents des chercheurs de l’Inra de Versailles-Grignon a exploré l’impact de ces modifications sur les génomes de l’oïdium dans la perspective de mieux connaître ces organismes et de lutter contre leurs ravages.

Le génome de l’oïdium, une structure très portée vers les hôtes…

Les chercheurs* ont ainsi mis en évidence que le génome de l’oïdium du blé, Blumeria graminis forme spéciale tritici, le plus grand génome fongique connu à ce jour (180 Mbases) est constitué à 90 % d’éléments transposables, c’est-à-dire de séquences d'ADN capables de se déplacer et de se multiplier dans les génomes. Ces expansions massives d’éléments répétés sont connues pour participer à la dynamique et à l’évolution des génomes en favorisant les réarrangements chromosomiques, les duplications, les mouvements et les pertes de gènes et ainsi jouer un rôle important dans l’adaptation d’une espèce à son environnement.
Au sein de la portion de génome non répétée (10 %), ils ont identifié 6540 gènes fonctionnels potentiels dont 602 sont potentiellement impliqués dans les relations avec les plantes notamment, dans la manipulation et la spécialisation vis-à-vis d’une plante hôte donnée.

… et comportant des morceaux de génomes anciens

Les scientifiques ont ensuite analysé les séquences génomiques de quatre isolats d’oïdiums de blé d’origine géographique différente. Celles-ci diffèrent par la présence ou l’absence de gènes effecteurs impliqués dans les interactions avec la plante hôte, suggérant que la modification ou la perte de ces gènes aurait pu leur conférer un avantage sélectif au cours de l’évolution.

Ces génomes sont, d’autre part, des mosaïques constituées de morceaux de génomes anciens et diversifiés (ou haplotypes) d’oïdium de blé, qui résulteraient de lignées ayant divergé par co-évolution avec différentes populations de blé ancestrales. Cette divergence serait antérieure à la domestication du blé et se serait déroulée dans des zones géographiquement séparées.

…pour mieux évoluer

Ces travaux ont aussi mis en évidence qu’à aucun moment la domestication du blé n’avait constitué une étape bloquante pour l’évolution de l’oïdium, ni un goulot d’étranglement de sa diversité génétique, indiquant au contraire que celui-ci s’est facilement adapté à un éventail d'espèces hôtes sauvages et domestiques.

Les chercheurs ont ainsi révélé que l'histoire évolutive de l'oïdium liée à son mode de vie biotrophe obligatoire est fondamentalement différente de celle d’autres champignons pathogènes qui tuent les plantes qu’ils infectent. Ainsi, les changements d’hôtes ont conduit d’autres champignons biotrophes (Phytophthora infestans, responsable du mildiou de la pomme de terre ou Mycosphaerella graminicola, agent de la septoriose du blé) à former de nouvelles espèces. De façon surprenante, cette formation de nouvelles espèces, comme conséquence de l’adaptation à un nouvel hôte, serait préjudiciable au mode de vie biotrophe obligatoire, alors même que cette adaptation contribuerait plutôt au succès évolutif de ces champignons.

En pratique, cette connaissance approfondie des oïdiums contribuera au développement de nouvelles méthodes de lutte basées sur la biologie particulière de ces organismes.

* En 2010, le génome de l’oïdium de l’orge, Blumeria graminis forme spéciale hordeï était décrypté par un consortium international dont faisait partie les chercheurs de l’Inra de Versailles-Grignon qui aujourd’hui contribuent à cette nouvelle publication.

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Référence

Thomas Wicker, Simone Oberhaensli, Francis Parlange, Jan P Buchmann, Margarita Shatalina, Stefan Roffler, Roi Ben-David, Jaroslav Doležel, Hana Šimková, Paul Schulze-Lefert, Pietro D Spanu, Rémy Bruggmann, Joelle Amselem, Hadi Quesneville, Emiel Ver Loren van Themaat, Timothy Paape, Kentaro K Shimizu and Beat Keller. The wheat powdery mildew genome shows the unique evolution of an obligate biotroph. Nature Genetics, 14 juillet 2013 ; doi:10.1038/ng.2704