Phoma du colza : son évolution et son adaptation favorisées par les éléments transposables massivement présents dans son génome

Responsable du phoma du colza, le champignon Leptosphaeria maculans dévoile peu à peu tous les secrets de son génome aux chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon. L’analyse des éléments transposables qu’il abrite en grande proportion, révèle leur rôle dans la spéciation de Leptosphaeria et dans son adaptation à l’hôte.

Comparaison, sous forme circulaire et pour chaque chromosome, des génomes de L. maculans ‘brassicae’ (partie droite du diagramme) et L. maculans ‘lepidii’ (partie gauche). Pour L. maculans ‘brassicae’, chaque chromosome est représenté d’une couleur différente et les boîtes noires montrant des barres colorées, matérialisent les zones des génomes enrichies en éléments transposables.. © Inra, Jonathan Grandaubert
Mis à jour le 18/11/2015
Publié le 29/12/2014
Mots-clés : Colza - presse info

Lutter contre Leptosphaeria maculans, responsable de la maladie du phoma du colza, nécessite de bien comprendre la biologie de ce champignon pathogène. Une gageure à laquelle travaillent plus que jamais les équipes de recherche de l’Inra Versailles-Grignon.
Achevé en 2011, le séquençage du génome de L. maculans avait révélé la présence d‘éléments transposables (des séquences d’ADN mobiles capables de se multiplier de manière autonome dans le génome où elles n’ont généralement pas de fonction identifiée) en grande proportion (33 %). Ces éléments ont la particularité d’être regroupés dans des compartiments spécifiques du génome où l’on retrouve également les gènes liés au pouvoir pathogène et à l’adaptation à l’hôte. Compte tenu de ces précédents résultats, les scientifiques ont choisi d’explorer le rôle potentiel joué par ces éléments dans la spéciation, , c'est-à-dire dans la création de nouvelles espèces, et l’adaptation du champignon à son hôte chez cinq membres du complexe d’espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa, à savoir L. maculans 'brassicae' et L. maculans 'lepidii', L. biglobosa 'brassicae', L. biglobosa 'canadensis' et L. biglobosa 'thlaspii'.

Des éléments transposables impliqués dans la spéciation de Leptosphaeria

Grâce à des approches de génomique comparative et évolutive, les chercheurs ont montré que la divergence entre L. maculans 'brassicae' et L. maculans 'lepidii' daterait de 5 millions d’années. Celle entre L. maculans et L. biglobosa serait plus ancienne : 22 millions d’années, et serait concomitante à l’apparition des Brassicacées. Quant à L. maculans 'brassicae', elle est la seule espèce de ce complexe dont le génome ait été envahi par les éléments transposables. Leur analyse montre qu’ils sont spécifiques de cette espèce. Si l’on s’intéresse à L. maculans 'lepidii' qui est l’espèce la plus proche de L. maculans 'brassicae', son génome diffère de celui de L. maculans 'brassicae' par une trentaine d’inversions chromosomiques, bordées très majoritairement par des éléments transposables nouveaux, différents de ceux identifiés chez L. maculans 'brassicae'.

Ces données indiquent que les éléments transposables, impliqués dans les réarrangements chromosomiques, joueraient un rôle moteur dans la spéciation.

… et dans l’efficacité de l’infection

Au sein du complexe d’espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa, les scientifiques ont mis en évidence que les gènes qui codent pour des protéines nécessaires à l’infection de la plante (ou effecteurs) sont, de manière générale, localisés préférentiellement dans des régions riches en éléments transposables. Au cours de l’évolution et donc de l’expansion de ces éléments, ces gènes ont été déplacés et isolés dans ces régions particulièrement dynamiques du génome. Cet environnement génomique, d’ores et déjà connu pour permettre au champignon d’adapter la production de ces effecteurs aux besoins de son développement, lui confère plus largement une grande plasticité qui lui permet de mieux s’adapter aux hôtes existants voire de s’adapter à de nouveaux hôtes.

L’ensemble de ces résultats souligne que, comparativement aux autres espèces du complexe Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa, l’invasion du génome de L. maculans 'brassicae' par des éléments transposables, bien au-delà des conséquences évolutives que cela a entraînées pour le champignon, a pu contribuer à son succès en tant qu'agent pathogène et à son adaptation à sa plante-hôte, le colza. Ces travaux ouvrent un champ de recherche nouveau et prometteur autour d’un champignon pathogène somme toute unique.

Un complexe d'espèces en quelques mots

Jusqu'au début des années 2000, l’espèce Leptosphaeria maculans était divisée en deux groupes de souches, pathogène et non-pathogène sur colza, ou encore agressives et peu agressives. Sur la base d'analyses de séquences d'ADN et de comparaisons morphologiques, ces deux groupes sont aujourd'hui considérés comme deux espèces distinctes :

  • le premier groupe responsable principal de la nécrose du collet correspond à L. maculans ;
  • le second groupe responsable de nécroses de la tige moins préjudiciables au rendement correspond à L. biglobosa.

Aujourd’hui, on considère que c’est un complexe d'espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa qui à l’origine du phoma du colza. Au sein de ce complexe, on distingue sept sous-espèces qui doivent être considérées comme des espèces distinctes sur la base des travaux publiés dans BMC Genomics, deux chez Leptosphaeria maculans ('brassicae', inféodée au colza et 'lepidii'), et cinq chez Leptosphaeria biglobosa ('brassicae' et 'canadensis', aussi inféodées au colza et 'thlaspii', 'erysimii' et 'australensis').

En savoir plus

Jonathan Grandaubert, Rohan G T Lowe, Jessica L Soyer, Conrad L Schoch, Angela P Van de Wouw, Isabelle Fudal, Barbara Robbertse, Nicolas Lapalu, Matthew G Links, Bénédicte Ollivier, Juliette Linglin, Valérie Barbe, Sophie Mangenot, Corinne Cruaud, Hossein Borhan, Barbara J Howlett, Marie-Hélène Balesdent, Thierry Rouxel. 2014. Transposable Element-assisted evolution and adaptation to host plant within the Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa species complex of fungal pathogens. BMC Genomics 15: 891.