A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
Malgré une spécialisation significative de l'hôte et une différenciation à l'échelle du génome entre les formes de *Puccinia striiformis* adaptées au blé et à l'orge, un système d'accouplement tétrapolaire conservé sur l'hôte alternatif *Berberis vulgaris* permet une hybridation sexuelle qui produit une progéniture viable dotée de nouveaux profils d'interaction avec l'hôte recombinants.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Les champignons qui infectent les cultures se spécialisent souvent dans un seul type de plante, évoluant pour devenir des experts de l'attaque du blé ou de l'orge, mais échouant à survivre sur l'autre. Cette spécialisation agit comme une barrière, maintenant les différentes populations fongiques séparées et empêchant le mélange de leurs gènes. Cependant, beaucoup de ces pathogènes végétaux possèdent un cycle de vie sexué caché qui se déroule sur un type de plante complètement différent, souvent un arbuste ou un arbre, loin des champs de céréales. Sur cet hôte alternatif, les champignons peuvent s'accoupler et produire une progéniture. Les scientifiques se sont longtemps demandé si la spécialisation stricte observée dans les champs est si profonde qu'elle empêche ces champignons de s'accoupler même lorsqu'ils se rencontrent sur l'arbuste commun. Si les barrières sont assez fortes, les deux groupes seraient incapables de produire une progéniture viable, devenant ainsi des espèces distinctes. Si les barrières sont faibles, ils pourraient se mélanger, créant de nouvelles combinaisons de traits qui pourraient leur permettre d'infecter des cultures qu'ils ne pouvaient pas toucher auparavant.
Dans une étude récente, des chercheurs ont entrepris de tester cette possibilité en utilisant deux formes de la rouille striée très proches mais spécialisées pour des hôtes différents. Une forme, connue sous le nom de rouille striée du blé, infecte le blé mais pas l'orge. L'autre, la rouille striée de l'orge, infecte l'orge mais pas le blé. Malgré leurs habitudes différentes dans les champs, les deux formes utilisent un arbuste commun, le berbéris, comme lieu de reproduction sexuée. Les chercheurs ont réuni ces deux formes fongiques distinctes dans une expérience contrôlée sur des plants de berbéris pour voir si elles pouvaient s'accoupler. Ils ont découvert que les deux formes, bien que spécialisées pour des cultures différentes, étaient effectivement capables de croiser. L'accouplement a produit dix-huit descendants viables, prouvant que les barrières génétiques entre elles ne sont pas complètes. Cette découverte est significative car elle montre que même si ces champignons ont des apparences et des comportements différents dans les champs, ils conservent la machinerie biologique nécessaire pour mélanger leurs gènes lorsqu'ils en ont l'occasion.
Les chercheurs ont ensuite examiné la composition génétique de ces nouveaux descendants pour comprendre comment l'accouplement fonctionnait. Ils ont découvert que les champignons utilisent un système spécifique pour déterminer la compatibilité, impliquant deux interrupteurs génétiques distincts situés sur des chromosomes différents. Pour que l'accouplement ait lieu, les partenaires doivent posséder des versions différentes de ces interrupteurs. L'étude a confirmé que les parents adaptés au blé et ceux adaptés à l'orge possédaient des versions compatibles de ces interrupteurs, leur permettant de fusionner et de se reproduire. De plus, la progéniture a hérité d'un mélange de ces interrupteurs provenant des deux parents, ce qui a entraîné quatre combinaisons génétiques différentes. Ce schéma a confirmé que l'accouplement suivait les règles attendues de la reproduction sexuée, où les gènes de chaque parent sont brassés et transmis à la génération suivante.
Le résultat peut-être le plus frappant fut ce qui est arrivé lorsque ces nouveaux champignons hybrides ont été testés contre des plants de blé et d'orge. Les parents originaux étaient des spécialistes stricts : la forme du blé ne pouvait pas infecter l'orge, et la forme de l'orge ne pouvait pas infecter le blé. Les descendants, cependant, ont affiché un nouveau comportement. Certains des hybrides pouvaient infecter à la fois le blé et l'orge, un trait que ni l'un ni l'autre des parents ne possédait. D'autres pouvaient infecter un mélange de variétés de blé et d'orge que les parents ne pouvaient pas atteindre. Cela suggère qu'en combinant le matériel génétique de deux parents spécialisés, le champignon peut générer de nouvelles capacités pour surmonter les défenses des plantes. L'étude n'a pas trouvé que les hybrides devenaient super-infectieux sur toutes les plantes ; ils présentaient plutôt une gamme de nouvelles capacités, infectant parfois des variétés spécifiques des deux cultures.
Ce travail démontre que la séparation entre ces deux groupes fongiques n'est pas absolue. Bien qu'ils aient évolué pour se spécialiser sur différentes cultures, ils n'ont pas perdu la capacité de se reconnaître comme partenaires et de produire une progéniture saine lorsqu'ils se rencontrent sur leur hôte sexuel commun. Les chercheurs ont montré que ce mélange sexuel peut créer de nouvelles combinaisons génétiques qui modifient la façon dont le champignon interagit avec ses plantes hôtes. Dans le contexte de la protection des cultures, cela signifie que l'évolution de nouvelles menaces fongiques ne proviendra pas toujours de changements lents et graduels au sein d'un seul groupe. Au contraire, la rencontre occasionnelle de différents groupes spécialisés sur un hôte sauvage pourrait soudainement produire des hybrides capables d'infecter des cultures qu'ils ne pouvaient pas atteindre auparavant. L'étude apporte la preuve directe que la spécialisation par l'hôte et la capacité de mélange sexuel peuvent coexister, laissant la porte ouverte à l'émergence de nouvelles souches fongiques.
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