Les champignons symbiotiques et pathogènes peuvent utiliser des outils moléculaires similaires pour manipuler les plantes

L’équipe de recherche de Sebastian Schornack travaille à l’identification et à la caractérisation de nouveaux effecteurs de la mycorhize arbusculaire (AM), des protéines sécrétées par les champignons AM symbiotiques pour faciliter la colonisation des racines des plantes. Dans ce cadre, ils étudient également si les champignons pathogènes et symbiotiques utilisent des stratégies similaires ou différentes.

En utilisant le programme informatique AlphaFold2 AI qui prédit les structures des protéines, l’équipe est la première à comparer les protéines sécrétées par les champignons symbiotiques et pathogènes. Ils ont découvert que les champignons symbiotiques codent pour la même famille de protéines que les champignons pathogènes utilisent pour interagir avec les plantes et les coloniser. Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans Nouveau Phytologue.

“Il existe une grande diversité dans le code génétique des protéines effectrices chez les microbes étroitement apparentés, il est donc encore plus difficile de comparer les protéines séquences entre les agents pathogènes et les symbiotes qui sont plus éloignés », a déclaré le Dr Albin Teulet, qui est le premier auteur de la recherche. « Au lieu de cela, nous avons profité du développement récent d’AlphaFold2 pour faire une comparaison entre les structures protéiques sécrétées d’un champignon symbiotique et champignon pathogène. Cela a conduit à la découverte qu’il existe un groupe de protéines structurellement très similaires précédemment connues à partir d’agents pathogènes qui sont également présents – souvent en plus grand nombre – codés dans les génomes des champignons symbiotiques.”

Les relations plantes-champignons ont un effet dramatique sur la santé des plantes dans les écosystèmes naturels et l’agriculture – à la fois positifs et négatifs. Les champignons AM sont l’association symbiotique la plus courante de plantes avec des microbes, colonisant les racines des plantes pour favoriser l’absorption des nutriments, améliorer la croissance des plantes et même aider à repousser les agents pathogènes. Alors que les champignons pathogènes, tels que les souches de Fusarium oxysporum, sont parmi les agents pathogènes les plus dévastateurs au monde avec une large gamme d’hôtes et menacent actuellement d’anéantir les plantations de bananes et de palmiers à huile de Cavendish. Fusarium a également donné son nom au groupe de protéines que l’équipe a trouvées : les protéines à double domaine de Fusarium oxysporum lycopersici (FOLD).

Les chercheurs ont classé toutes les protéines sécrétées par le champignon AM symbiotique Rhizophage irrégulier et identifié une grande famille d’effecteurs de type FOLD (MycFOLD) présentant une forte similitude structurelle avec les protéines FOLD produites par le Fusarium oxysporum agent pathogène.

Les effecteurs FOLD ne se trouvent que dans les génomes des champignons qui forment des associations avec des plantes vivantes. Cela suggère que ces protéines sous-tendent des mécanismes universels permettant à la fois aux agents pathogènes et aux champignons symbiotiques de vivre dans les plantes.

Le Dr Schornack a déclaré que la découverte que les champignons symbiotiques et pathogènes des plantes utilisaient certains des mêmes outils offrait une nouvelle perspective sur notre compréhension des symbiotes fongiques : “La présence apparemment exclusive de FOLD/MycFOLD dans des champignons colonisateurs de plantes non apparentés soutient l’hypothèse selon laquelle les protéines FOLD agissent en tant qu’effecteurs lors de la colonisation des plantes par des champignons symbiotiques et pathogènes.”

« Si les champignons symbiotiques et pathogènes utilisent les mêmes outils, cela signifie que concevoir des moyens d’améliorer les relations AM dans les cultures pourrait rendre les cultures plus sensibles aux agents pathogènes en même temps. Cependant, ces découvertes nous ouvrent maintenant de nouvelles questions à explorer, telles que pourquoi les champignons symbiotiques ont-ils ces protéines que les agents pathogènes ont également et que font-ils réellement ?”

Les fondamentaux des interactions plante-microbe

Comprendre la similitude et la diversité des effecteurs utilisés par les symbiotes et les agents pathogènes est essentiel pour comprendre les principes fondamentaux des interactions plante-microbe.

La relation plante-pathogène a été bien étudiée avec de nombreuses protéines effectrices déjà connues. Cependant, on en sait moins sur les interactions plantes-symbiotes, comme celles entre les plantes et les champignons AM.

Les plantes qui forment des relations bénéfiques avec les champignons symbiotiques contrôlent toutes les étapes de la colonisation – elles peuvent rejeter ou expulser les colonisateurs si elles jugent que la colonisation fongique n’est pas nécessaire, comme dans les environnements de sol riches en nutriments comme le phosphate.

Cependant, les champignons AM dépendent des nutriments produits par les plantes et ont donc également leur propre stratégie de survie, en particulier dans les cas où la relation n’est pas souhaitée par la plante.

Au cours du processus d’infection, les champignons pathogènes suppriment l’immunité de leur plante hôte en sécrétant un cocktail de protéines effectrices. Même si les champignons symbiotiques sont bénéfiques pour les plantes, ils doivent eux aussi communiquer avec la plante ou surmonter les obstacles pour réussir à coloniser les cellules végétales.

Seul un petit nombre de protéines effectrices sécrétées par les champignons AM symbiotiques ont été identifiées. L’équipe Schornack travaille à découvrir d’autres effecteurs qui jouent un rôle dans la relation plante-symbiote.