Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
Cette étude présente la première analyse génomique comparative d'endophytes d'*Aspergillus fumigatus* et d'*Aspergillus terreus* isolés de plantes médicinales iraniennes, révélant une grande diversité de clusters de gènes biosynthétiques conservés et spécifiques à l'espèce qui soulignent leur potentiel métabolique exceptionnel pour la découverte de produits naturels.
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Au plus profond des tissus sains des plantes, invisibles à l'œil nu, vit un monde caché de champignons. Il ne s'agit pas des moisissures qui font pourrir les fruits ou des champignons qui parsèment le sol des forêts ; ce sont des endophytes, des résidents microscopiques qui vivent à l'intérieur d'une plante sans la rendre malade. Depuis des décennies, les scientifiques soupçonnent que ces invités cachés sont des usines chimiques, produisant des composés uniques qui aident la plante à survivre à la sécheresse ou à lutter contre les parasites. Parmi les résidents microscopiques les plus prolifiques figurent les espèces d'Aspergillus, un genre de champignons que l'on trouve presque partout sur Terre. Si certaines espèces d'Aspergillus sont connues pour causer des maladies chez l'homme ou pour gâter la nourriture, d'autres vivent paisiblement à l'intérieur des plantes, et les chercheurs s'intéressent de plus en plus aux secrets chimiques qu'ils pourraient détenir. La grande question est de savoir si la plante spécifique dans laquelle vit un champignon modifie les produits chimiques qu'il fabrique, ou si le champignon transporte un ensemble d'outils chimiques standards quel que soit son habitat. Comprendre cette relation est crucial pour la découverte de nouveaux médicaments, car de nombreux médicaments vitaux, des antibiotiques aux traitements pour abaisser le cholestérol, ont été initialement découverts dans les champignons.
Dans une étude récente, des chercheurs en Iran se sont donné pour mission d'explorer cette relation en examinant deux types spécifiques de champignons Aspergillus vivant à l'intérieur de trois plantes médicinales différentes. L'équipe s'est concentrée sur Aspergillus fumigatus et Aspergillus terreus, deux espèces connues pour leur capacité à produire des produits chimiques complexes. Ils ont collecté des échantillons dans les feuilles de l'épine de camélia et de l'althea, ainsi que dans les racines du tamaris, tous originaires de la région de l'Azerbaïdjan oriental. En stérilisant soigneusement les surfaces des plantes et en cultivant les champignons en laboratoire, ils ont confirmé qu' A. fumigatus était un véritable généraliste, vivant à l'intérieur des trois plantes différentes et tant dans les feuilles que dans les racines. En revanche, A. terreus était plus sélectif, n'apparaissant que dans les racines du tamaris et les feuilles de l'épine de camélia, mais étant totalement absent de l'althea. Cette différence quant au lieu où les champignons ont été trouvés suggère qu'A. fumigatus est hautement adaptable, tandis qu' A. terreus pourrait être plus exigeant quant à son hôte.
Pour comprendre pourquoi ces champignons se comportent différemment, les chercheurs se sont tournés vers une technique appelée le minage de génome. Au lieu de cultiver les champignons pour voir quels produits chimiques ils produisent dans une boîte de Petri, ils ont examiné directement les empreintes génétiques, ou génomes, des deux espèces. Ils ont utilisé un programme informatique spécialisé pour scanner l'ADN à la recherche de « clusters de gènes de biosynthèse ». Ce sont des groupes de gènes qui travaent ensemble comme une chaîne de montage d'usine pour construire des composés chimiques spécifiques. L'analyse a révélé une différence frappante dans le potentiel de ces deux champignons. Le génome d'A. fumigatus contenait 44 de ces clusters de gènes, tandis qu' A. terreus en possédait un massif de 73. Ce nombre élevé pour A. terreus figure parmi les plus élevés jamais enregistrés pour un champignon vivant à l'intérieur d'une plante, ce qui suggère qu'il possède une capacité extraordinaire à créer une grande variété de composés chimiques.
Lorsque les chercheurs ont comparé les clusters de gènes des deux espèces, ils ont découvert que 15 d'entre eux étaient partagés entre les deux. Ces clusters communs produisent probablement des outils essentiels à la survie, tels que les sidérophores, qui sont des molécules aidant le champignon à capter le fer de l'environnement de la plante, un nutriment souvent rare. Ils partageaient également des gènes pour les terpènes, qui sont des produits chimiques volatils pouvant aider à la communication ou à la défense. Cependant, les différences étaient tout aussi importantes. A. fumigatus possédait des clusters de gènes uniques pour la fabrication de la fumagilline, un composé connu pour arrêter la croissance des vaisseaux sanguins, et de la gliotoxine, qui affecte le système immunitaire. A. terreus, quant à lui, portait les instructions génétiques spécifiques pour fabriquer la lovastatine, un médicament célèbre utilisé pour abaisser le cholestérol, ainsi que l'acide téréique. L'étude a montré que, bien que les deux champignons partagent un kit de base pour vivre à l'intérieur des plantes, ils ont évolué vers des spécialisations distinctes, A. terreus semblant posséder un atelier chimique beaucoup plus vaste et diversifié que son homologue.
Les chercheurs ont également noté que l'absence d' A. terreus dans la plante de l'althea pourrait être due aux propres défenses chimiques de la plante, qui pourraient inhiber ce champignon spécifique tout en permettant à l'adaptable A. fumigatus de prospérer. Bien que l'étude ait identifié le potentiel génétique de ces produits chimiques, l'auteur a averti que posséder les gènes ne garantit pas que le champignon produit actuellement les composés ; beaucoup de ces usines génétiques restent silencieuses à moins d'être déclenchées par des conditions spécifiques. Néanmoins, les résultats confirment que ces champignons endophytes sont des sources riches de diversité biologique. En cartographiant le potentiel génétique des champignons issus de plantes médicinales iraniennes, l'étude souligne qu'ils sont des candidats prometteurs pour la découverte de futurs médicaments, offrant un aperçu de la vaste et cachée bibliothèque chimique que les plantes et leurs partenaires microscopiques partagent.
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