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Accueil > Equipes de Recherche > Adaptation des Microorganismes Eucaryotes à leur Environnement (AMEE)

Adaptation des Microorganismes Eucaryotes à leur Environnement (AMEE)

Responsable : MARMEISSE Roland

Co-Responsable : LUIS Patricia

Personnels permanents

DORE Jeanne Assistant Ingenieur, CNRS
FRAISSINET-TACHET Laurence Maître de Conférences, UCB
HUGONI Mylène Maître de Conférences, UCB
LUIS Patricia Maître de Conférences, UCB
MARMEISSE Roland Directeur de Recherche, CNRS
MELAYAH Delphine Maître de Conférences, UCB
VALLON Laurent Technicien, UCB

Personnels non permanents

BARBI Florian Doctorant (2012-2015)
ZILLER Antoine Doctorant (2013-2016)

Présentation :

Les microorganismes eucaryotes (champignons, "protistes"…) contribuent à la vie des sols en tant que décomposeurs primaires de la matière organique (nombreux champignons), régulateurs des populations bactériennes (protistes), partenaires bénéfiques (champignons symbiotiques mycorhiziens) ou au contraire pathogènes (champignons, oomycètes, apicomplexes…) des macro-organismes végétaux et animaux partageant le même écosystème. Bien que leur implication dans les cycles géochimiques soit évidente, il n’en reste pas moins que le niveau de diversité fonctionnelle de cette microflore tellurique eucaryote est à l’heure actuelle encore mal évalué. Cette situation est principalement due au fait que le compartiment sol renferme à différentes échelles spatiales une microflore complexe dont la composition taxonomique varie dans le temps et dont seulement une très petite fraction est accessible aux études en laboratoire du fait de l’abondance des microorganismes non-cultivables.

Les activités de recherche de l’équipe AMEE visent à mieux connaître ces communautés microbiennes eucaryotes des sols et s’articulent autour des deux thématiques suivantes :

Axes de recherche : 

Thème 1 : Génomique et génétique des champignons symbiotiques ectomycorhiziens

La symbiose ectomycorhizienne entre les racines des arbres et certains champignons concerne la plupart des essences forestières des zones tempérées (bouleaux, chênes, hêtres, peupliers, pins, sapins…) et de nombreuses espèces fongiques, dont certaines bien connues (amanites, bolets, truffes…). Cette association conduit à des échanges bidirectionnels d’éléments nutritifs entre les partenaires et améliore la nutrition hydrominérale et la résistance au stress des arbres. Il est aujourd’hui admis que l’aptitude à former une symbiose ectomycorhizienne est apparue plusieurs fois indépendamment au cours de l’évolution au sein du groupe des champignons. Toutefois les fonctions fongiques nécessaires à l’établissement d’une relation symbiotique stable restent inconnues.
Le projet de recherche que nous développons vise à identifier expérimentalement ces fonctions en utilisant le champignon basidiomycète modèle Hebeloma cylindrosporum associé au pin maritime (Pinus pinaster) (Figure 1). Une approche de mutagenèse insertionnelle, conduisant à l’insertion aléatoire au sein du génome fongique d’un ADN-T mutagène de la bactérie Agrobacterium tumefaciens, nous a permis d’obtenir pour la première fois des mutants non symbiotiques d’un champignon ectomycorhizien.
La caractérisation des gènes mutés nous renseignera sur les fonctions fongiques nécessaires à l’établissement d’une symbiose fonctionnelle mais aussi sur l’éventuelle implication des gènes fongiques homologues dans d’autres relations champignons-plantes, qu’elles soient symbiotiques ou pathogènes.
Suite à l’obtention du génome complet d’Hebeloma cylindrosporum (http://genome.jgi.doe.gov/Hebcy2/Hebcy2.home.html), une analyse plus globale des programmes génomiques conduisant à l’établissement d’une symbiose fonctionnelle est réalisée en combinant à la fois des approches transcriptomiques et protéomiques. L’analyse ciblée des protéines sécrétées nous renseigne notamment sur "l’aptitude saprotrophique" controversée des champignons mycorhiziens et leurs aptitudes à mobiliser les éléments nutritifs des sols forestiers.

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Figure 1. Le champignon basidiomycète ectomycorhizien Hebeloma cylindrosporum associé à Pinus pinaster est un modèle idéal pour disséquer au niveau génétique et moléculaire les mécanismes d’établissement et de fonctionnement de la symbiose ectomycorhizienne. Son cycle reproductif est maîtrisé au laboratoire (Debaud & Gay 1987, New Phytol 105 :429-435), il peut être facilement transformé, notamment par Agrobacterium tumefaciens (Combier et al. 2003, FEMS Microbiol Lett 220:141-148) et une collection de souches mutantes est disponible, parmi lesquelles des mutants non-mycorhiziens (Combier et al. 2004, Mol Plant-Microbe Interact 17 :1029-1038). Son génome a été séquencé et annoté par le [Joint Genome Institute (http://genome.jgi.doe.gov/Hebcy2/Hebcy2.home.html), en association avec l’équipe AMEE.

Thème 2 : Adaptation des communautés microbiennes du sol à leur environnement

Ce thème s’intéresse non plus à une seule espèce fongique mais aux rôles remplis par l’ensemble d’une communauté de microorganismes eucaryotes vivant dans un sol. Nous cherchons à analyser les fonctions réellement exprimées par les différents microorganismes eucaryotes, qu’ils soient cultivables ou non, directement dans les sols. Pour cela nous développons une approche originale de génomique environnementale : la métatranscriptomique (Figure 2). Le "métatranscriptome" représente l’ensemble des gènes exprimés (les transcriptomes) par les différents microorganismes eucaryotes d’un sol. D’un point de vue expérimental, les ARN produits par l’ensemble des microorganismes sont extraits directement d’échantillons de sols et les ARN messagers polyadénylés eucaryotes sont spécifiquement convertis en ADN complémentaires qui peuvent être directement séquencés ou bien clonés pour constituer des banques d’ADNc environnementales. L’analyse des gènes exprimés reflète les fonctions réalisées in situ par les microorganismes directement dans les sols. Les gènes d’intérêts sont recherchés par différentes approches comme l’expression dans des levures ou encore le séquençage systématique. Cette approche qui va des "ARN du sol" à des gènes fonctionnels s’exprimant dans Saccharomyces cerevisiae a été validée au laboratoire. En parallèle, une analyse de la diversité taxonomique globale des eucaryotes est aussi entreprise (Figure 2). Dans les sols, certains phyla eucaryotes sont notoirement sous-étudiés, c’est le cas par exemple des Foraminifères (Rhizaria) que nous avons détectés de manière quasi-systématique dans divers sols bien que généralement considérés comme provenant exclusivement de milieux marins.

L’approche métatranscriptomique est mise en œuvre dans deux contextes écologiques :

- Un contexte d’écotoxicologie pour comprendre la diversité des réponses des communautés microbiennes eucaryotes aux polluants métalliques. Dans ce cadre nous avons caractérisé de nouvelles familles de gènes "de l’environnement" conférant une résistance accrue au Cadmium ou au Zinc.

- Un contexte de changement global pour comprendre comment des changements d’usage des terres ou climatiques comme la sècheresse affectent le processus de la dégradation de la matière organique dans les sols essentiel au recyclage des éléments nutritifs. Ces projets incluent le séquençage à haut débit de métatranscriptomes eucaryotes de différents sites ainsi que l’analyse spécifique de familles de gènes codant des enzymes lignocellulolytiques et des transporteurs membranaires de sucres ou de composés azotés.


Figure 2. L’approche "métatranscriptomique" : des acides nucléiques extraits directement d’échantillons environnementaux à des gènes eucaryotes s’exprimant dans la levure. Cette approche expérimentale validée au sein du laboratoire permet de révéler les gènes exprimés par les différents microorganismes eucaryotes, qu’ils soient cultivables ou non, directement dans un écosystème complexe tel que le sol.

Approches expérimentales et compétences techniques

Les thèmes de recherche développés ont conduit les membres de l’équipe AMEE à développer, acquérir, maîtriser et optimiser un ensemble de techniques originales relevant de la génétique fongique, de la biologie moléculaire et de la génomique environnementale. Les principales sont :

  • Agrotransformation et mutagenèse insertionnelle chez les champignons filamenteux.
  • Extraction et purification de protéines fongiques intracellulaires et excrétées pour analyses protéomiques.
  • Extraction et purification d’ARN de sols et de racines de végétaux ligneux.
  • Construction de banques "d’ADNc environnementaux" enrichies en gènes pleines longueurs pour criblage phénotypique.
  • Crible phénotypique de banques d’ADNc dans la levure (S. cerevisiae) et phénotypage des transformants (technologies Omnilog et Bioscreen).
  • Séquençage à haut débit (technologies HiSeq et MiSeq) d’ARN fongiques ou extraits de sols ainsi que d’amplicons PCR.

Bibliographie :

2017



  • Doré J, et al. 2017. The ectomycorrhizal basidiomycete Hebeloma cylindrosporum undergoes early waves of transcriptional reprogramming prior to symbiotic structures differentiation. Environmental Microbiology. n/a-n/a. doi: 10.1111/1462-2920.13670.


  • Hugoni M, Vellet A, Debroas D. 2017. Unique and highly variable bacterial communities inhabiting the surface microlayer of an oligotrophic lake. Aquatic Microbial Ecology. 79:115-125. doi: 10.3354/ame01825.

2016



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2015


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2014



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