Faits marquants

Alors que les mycotoxines sont des contaminants fréquents des productions végétales et que leur occurrence est susceptible d’être fortement impactée par les changements globaux, les derniers ouvrages de synthèse sur cette classe de contaminants datent des années 2010. La connaissance sur les mycotoxines s’est considérablement enrichie au cours des 10 dernières années et il était important de retranscrire ces progrès scientifiques dans un nouvel ouvrage.

Alors qu’on assiste à l’essor du marché des alternatives végétales aux fromages, la connaissance scientifique sur une possible contamination de ces nouveaux produits par des mycotoxines est très largement insuffisante pour pouvoir en évaluer le risque et minimiser l’exposition des consommateurs à ces contaminants. C’est dans ce contexte et avec l’objectif de combler ces manques de connaissances, qu’un partenariat scientifique entre l’UR MycSA et l’UMRF s’est emparé du sujet.

Les xanthophylles sont une sous-famille des caroténoïdes. Dérivés oxygénés des carotènes, ces métabolites spécialisés sont présents dans la plupart des tissus végétaux au sein desquels ils sont des acteurs majeurs des mécanismes de protection des plantes contre les stress abiotiques et biotiques. Parmi ces stress biotiques se trouvent ceux induits par les champignons mycotoxinogènes et plus spécifiquement les espèces fongiques du genre Fusarium productrices de mycotoxines de la famille du déoxynivalenol (DON). Après avoir caractérisé les compositions en xanthophylles dans les grains issus de plusieurs génotypes de maïs et sorgho, nos études ont montré que certains de ces composés possédaient une activité antifongique et antimycotoxine particulièrement intéressante.

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.