Diversité génomique et trajectoires évolutives liées à la dégradation de la lignocellulose chez les champignons dégradeurs du bois

Genome diversity and evolutionary routes to lignocellulose degradation in wood decay fungi

• Auteur / Autrice : Hayat Hage
• Direction : Marie-Noëlle Rosso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique et Bioinformatique
• Date : Soutenance le 23/03/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (France ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Pedro Maldonado Coutinho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Chiapello, Francis Martin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Florence Forget, Étienne Danchin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique structurale

Réactions chimiques organiques -- Mécanismes

Polymères

Champignons destructeurs du bois

Mots clés libres

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Résumé

Les champignons dégradeurs du bois jouent un rôle majeur dans la libération du carbone séquestré dans la matière organique des écosystèmes forestiers. Ils ont évolué depuis plus de 290 millions d'années pour s’adapter aux ressources disponibles dans leur niche écologique. En particulier, ils ont acquis la capacité de dégrader les polymères récalcitrants des parois végétales pour en extraire des nutriments carbonés. Malgré de nombreuses découvertes sur les mécanismes enzymatiques impliqués dans la dégradation du bois, notre vision sur l’adaptation évolutive de ces champignons et leur diversité génomique reste incomplète. Ainsi, durant ma thèse nous avons exploré leur diversité fonctionnelle et génomique à différents niveaux taxonomiques, couvrant d'abord un seul genre, Pycnoporus spp., puis un ordre taxonomique, les Polyporales. Ces différentes analyses nous ont permis d’identifier un jeu commun d'enzymes mobilisées en réponse à divers substrats lignocellulosiques ainsi que des expansions de familles de gènes révélant différentes trajectoires d'adaptation à la décomposition du bois. De plus, nous avons développé un outil bioinformatique pour l’identification, dans l’ensemble du règne fongique, des enzymes impliquées dans la cyclisation des sesquiterpènes, métabolites secondaires impliqués dans la communication chimique entre micro-organismes dans leur habitat naturel. Grâce à cet outil, nous avons analysé 1420 génomes fongiques et identifié 11085 gènes candidats codant pour des sesquiterpène synthases (STS). Nos découvertes sur la génomique des champignons dégradeurs du bois contribueront à mieux comprendre leur rôle écologique dans les environnements naturels.

Wood-decay fungi play a crucial role in carbon release from dead organic matter in forest ecosystems. They have evolved for over 290 million years to become most efficient in utilizing the available resources of their ecological niches and to survive in harsh environmental conditions. The survival strategy of wood decay fungi largely relies on their ability to degrade recalcitrant plant cell wall polymers, which they use as a carbon source. Despite many discoveries on the enzymatic mechanisms involved in wood decomposition, our vision on the evolutionary adaptation to wood decay and genome diversity remains incomplete. During my thesis, we explored the functional and genomic diversity among wood decayers at different taxonomical levels, covering first a single genus, Pycnoporus, then a taxonomic order, Polyporales. This allowed us to identify a core set of enzymes mobilized by the fungi in response to diverse lignocellulosic substrates as well as gene family expansions that supported different trajectories for adaption to wood decay. In addition, we built a bioinformatic tool to screen the whole fungal kingdom for sesquiterpene synthases (STS), which are involved in the synthesis of secondary metabolite used by the fungi to compete with other microorganisms in their natural habitat. Using this tool, we analyzed 1,420 fungal genomes and identified 11,085 candidate STS, out of which 55% would have been missed by the currently available tools. Overall, our findings on the genomic features of wood decay fungi will contribute to better understanding the ecological roles of these fungi in natural environments.