From genetic diversity to biosynthetic potential: genome mining of endophytic Alternaria alternata isolates from medicinal plants in Iran

L'usine chimique cachée à l'intérieur des plantes

Imaginez une plante non pas comme un élément statique de la nature, mais comme une ville en pleine effervescence. À l'intérieur des parois de ses feuilles et de ses tiges vit une population secrète de locataires microscopiques : les champignons. On les appelle des « endophytes ». Contrairement aux champignons qui font pourrir votre pain ou vous font éternuer, les endophytes vivent tranquillement à l'intérieur des plantes saines sans les rendre malades. Depuis des décennies, les scientifiques soupçonnent que ces invités cachés sont en réalité des chimistes de génie, préparant des potions uniques qui pourraient nous aider à combattre les maladies ou à cultiver de meilleures récoltes. Mais il y a un piège : ce n'est pas parce qu'un champignon a l'air différent d'un autre qu'il prépare des produits chimiques différents. C'est comme avoir deux chefs qui ont des apparences totalement différentes mais qui pourraient utiliser exactement le même livre de recettes.

Pour comprendre cela, les chercheurs utilisent deux outils principaux. Premièrement, ils examinent la « carte d'identité » du champignon (son ADN) pour voir qui il est réellement. Deuxilement, ils utilisent le « minage de génome », ce qui revient à scanner le catalogue d'une bibliothèque pour voir quelles recettes (gènes) le champignon pourrait cuisiner, même s'il n'est pas en train de cuisiner en ce moment. La grande question est la suivante : ces petits locataires fongiques possèdent-ils un ensemble diversifié de recettes qui changent selon la plante dans laquelle ils vivent, ou portent-ils tous le même énorme et puissant livre de recettes, quel que soit leur habitat ? Comprendre cela nous aide à savoir si nous devons chasser de nouveaux champignons dans chaque plante, ou si nous pouvons simplement étudier un seul type pour trouver le prochain grand médicament.

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Le livre de recettes secret du champignon « Alternaria »

Dans une étude récente, un chercheur nommé Mostafa Ebadi a décidé de jeter un coup d'œil dans la cuisine génétique d'un champignon très commun appelé Alternaria alternata. Ce champignon a été trouvé vivant à l'intérieur de six types différents de plantes médicinales dans la province d'Azerbaïdjan oriental, en Iran. Les plantes comprenaient la sauge (Salvia nemorosa), une plante de type chardon (Gundelia tournefortii), le tamaris (Tamarix ramosissima) et trois autres : Alhagi maurorum, Alcea rosea et Zygophyllum fabago.

D'abord, le scientifique a dû s'assurer que tous les champignons étaient bien de la même espèce. Même s'ils ont été trouvés dans des plantes différentes, ils se ressemblaient tous sous un microscope. Pour en être absolument certain, le chercheur a lu une section spécifique de leur ADN (appelée région ITS1). Les résultats étaient clairs : chacun des 14 isolats fongiques était bel et bien Alternaria alternata. Ils formaient un groupe familial très serré, prouvant que cette espèce est une maîtresse du déguisement, vivant joyeusement dans des plantes appartenant à six familles complètement différentes.

Vint ensuite le véritable travail de détective : le minage de génome. Comme le chercheur n'a pas séquencé l'ADN de chaque champignon trouvé (ce qui prendrait beaucoup de temps et coûterait cher), il a utilisé un génome de « référence » disponible publiquement d' Alternaria alternata comme substitut. Il a passé ce plan bleu génétique à travers un puissant programme informatique appelé antiSMASH, qui agit comme un correcteur orthographique pour les recettes chimiques. Le programme a scanné le génome pour trouver des « Clusters de Gènes Biosynthétiques » (BGC) — ce sont les ensembles d'instructions spécifiques que le champignon utilise pour construire des produits chimiques complexes.

Les résultats ont été stupéfiants. L'ordinateur a trouvé un total de 42 clusters de gènes différents dans le génome du champignon. Pour donner une idée, beaucoup d'autres champignons n'en ont que 20 à 35. Cela suggère qu'Alternaria alternata est une puissance chimique. Les 42 clusters étaient répartis en types spécifiques de « recettes » :

• 10 étaient pour les Polykétide Synthases de Type I (T1PKS), qui peuvent fabriquer des choses comme l'alternariol et l'altenuene.
• 8 étaient pour les Synthétases de Peptides Non-Ribosomiques (NRPS), capables de fabriquer des composés comme l'acide ténuazonique.
• 4 étaient des clusters « hybrides », mélangeant les deux types précédents (T1PKS-NRPS), fabriquant potentiellement des choses complexes comme la fumonisine.
• 6 étaient pour les terpènes, qui sont souvent des odeurs volatiles utilisées pour la communication.
• 3 étaient pour les sidérophores (spécifiquement de type ferrichrome), qui sont des outils pour attraper le fer.
• 2 étaient pour les indoles et 2 pour les bêta-lactones.
• Les 7 restants étaient un mélange d'autres types avec des fonctions inconnues ou diverses.

L'étude suggère que ces clusters pourraient permettre au champignon de faire beaucoup de choses : combattre d'autres microbes (antimicrobien), attraper le fer du sol pour aider la plante (sidérophores) ou envoyer des signaux chimiques (terpènes). Certains des produits chimiques prédits, comme l'alternariol, sont connus pour être toxiques, mais dans une plante saine, le champignon pourrait garder ces « armes » éteintes pour éviter de blesser son hôte.

Voici le rebondissement le plus intéressant : même si le champignon montre une grande variété génétique (différentes « personnalités » ou marqueurs d'ADN) lorsque l'on regarde les parties non-recettes de son ADN, le « livre de recettes » lui-même semble être le même pour tout le monde. L'étude suggère que les 42 clusters de gènes de base sont conservés, ce qui signifie qu'ils sont présents dans tous les isolats, quel que soit l'hôte. C'est comme si chaque Alternaria alternata transportait exactement le même immenseel de 42 livres, qu'il vive dans une plante de sauge ou dans un tamaris. Les différences génétiques entre les champignons se situent dans les « marges » ou les « décorations » de la bibliothèque, et non dans les recettes elles-mêmes.

Le chercheur note que trouver les gènes ne garantit pas que le champignon est réellement en train de fabriquer les produits chimiques en ce moment. C'est comme avoir un livre de cuisine dans sa cuisine : cela ne signifie pas que vous cuisinez le dîner ce soir ; vous pourriez ne cuisiner que lorsque la météo change ou lorsque la plante envoie un signal. Cependant, le nombre impressionnant de recettes potentielles (42) fait de ce champignon un candidat très prometteur pour la découverte de nouveaux médicaments ou d'outils agricoles à l'avenir. L'étude conclut qu'Alternaria alternata n'est pas seulement un invité passif ; c'est un partenaire métabolique doté d'une boîte à outils vaste et stable, prête à être explorée.