Systematics, adaptive mechanisms [and] sexual reproduction in cheese fungi using genomic data

Exploration de génomes d'inoculums fongiques utilisés en fromagerie, pour leur caractérisation systématique, la recherche de mécanismes adaptatifs et l'évaluation de la capacité à la reproduction sexuée chez penicillium roqueforti

• Auteur / Autrice : Jeanne Ropars
• Direction : Joëlle Marie Dupont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, biologie des organismes. Populations. Interactions
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Henri Gouyon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Riwanon Michel-Lemee, Pierre Renault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eva H. Stukenbrock, John W. Taylor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments fermentés

Génomique comparative

Penicillium roqueforti

Ascomycètes

Résumé

Les champignons sont présents dans la plupart des environnements naturels. Beaucoup jouent un rôle dans les activités humaines, comme les quelques-uns qui vivent dans le fromage, un substrat unique où ils doivent coexister avec les bactéries. Dans un souci de sécurité alimentaire, les producteurs fromagers doivent assurer l’innocuité des microorganismes qu’ils utilisent, et l’identification correcte des espèces est la base de cette procédure. Cette étude s’est focalisée sur les plus importants Ascomycetes filamenteux utilisés dans la production fromagère, jusqu’alors peu étudiés, et a permis la délimitation exacte des espèces. Une étude phylogénétique a montré leur diversité puisqu’ils appartiennent à deux classes différentes et a permis d’identifier leurs plus proches parents sauvages afin de discuter de leur adaptation au milieu fromager. Le fromage n’est pas un habitat naturel pour les champignons, et ceux du fromage ont dû acquérir des propriétés de fermentation et d’autres traits particuliers qui leur ont permis de se spécialiser à cette niche. Les génomes de Penicillium camemberti et P. Roqueforti ont été séquencés pendant cette étude, et ont permis, avec la souche productrice de pénicilline P. Rubens, une approche comparative préliminaire pour rechercher des mécanismes évolutifs liés à l’adaptation. Cette étude a mis en évidence le transfert horizontal de larges régions génomiques portant au moins deux gènes (zymocine et PAF) pouvant conférer des avantages évolutifs aux champignons dans l’environnement fromager. La capacité à la reproduction sexuée de P. Roqueforti a aussi été examinée comme un potentiel de générer de la diversité parmi les inoculums, aujourd’hui obtenus par reproduction clonale. Des preuves indirectes ont ainsi été trouvées : la présence des deux types sexuels dans une large collection d’isolats fromagers, la détection de sélection purifiante sur les gènes MAT, l’identification d’un set de gènes nécessaires à la méiose et de signatures de RIP. Cette recherche a permis de fournir des outils précis d’identification des champignons du fromage. Elle a aussi apporté de nouvelles données sur les capacités à la reproduction sexuée chez P. Roqueforti et elle a permis d’initier une comparaison génomique des champignons du fromage pour trouver des mécanismes adaptatifs.

Fungi are very diverse as they are found in almost all natural environments. Many have a significant importance with regards to human activities, like a very few of them able to grow on cheese, a unique substrate where they have to compete against bacteria. In the context of food safety, cheese producers have to ensure that microorganisms they use are innocuous, and correct species identification is the base of this proceeding. This study focused on the most important filamentous Ascomycetes used in cheese production, hitherto poorly studied. The phylogenetic study showed their diversity as they belong to two different classes, and allowed the identification of their wild closest relatives to investigate their adaptation to the cheese environment. From an evolutionary point of view, cheese is not a natural habitat for fungi, and cheese fungi may have acquired key fermentative activities and other particular traits to specialize to this particular niche. The genomes of Penicillium camemberti and P. Roqueforti have been sequenced during this study, and enabled, along with the penicillin producer P. Rubens, a preliminary comparative genomic approach to search for evolutionary mechanisms of adaptation. It highlighted the horizontal transfer of large genomic regions in cheese fungi, carrying at least two genes (zymocin and PAF) that may confer adaptive advantages for fungi in the cheese environment. The genome of P. Roqueforti was also used to examine the capability of sexual reproduction as a potential to generate diversity within inoculums currently produced by clonal-subcultures. Indirect evidence of a sexual cycle in P. Roqueforti was shown: the presence of both MAT genes in a large collection of cheese isolates, the detection of purifying selection acting on MAT genes, the identification of a set of genes involved in meiosis and of RIP-like footprints. This research provided accurate tools for the identification of cheese fungi. It also brought new insights in the reproduction capabilities of P. Roqueforti, and it initiated the genomic comparison of cheese domesticated fungi to find adaptive mechanisms.