A comparative assessment of potential components of partial disease resistance to Fusarium head blight detected in a detached leaf assay of wheat, barley and oats.

The relative resistance of 15 winter barley, three winter wheat and three winter oat cultivars on the UK recommended list 2003 and two spring wheat cultivars on the Irish 2003 recommended list were evaluated using Microdochium nivale in detached leaf assays to further understand components of partial disease resistance (PDR) and Fusarium head blight (FHB) resistance across cereal species. Barley cultivars showed incubation periods comparable to, and latent periods longer than the most FHB resistant Irish and UK wheat cultivars evaluated. In addition, lesions on barley differed from those on wheat as they were not visibly chlorotic when placed over a light box until sporulation occurred, in contrast to wheat cultivars where chlorosis of the infected area occurred when lesions first developed. The pattern of delayed chlorosis of the infected leaf tissue and longer latent periods indicate that resistances are expressed in barley after the incubation period is observed, and that these temporarily arrest the development of mycelium and sporulation. Incubation periods were longer for oats compared to barley or wheat cultivars. However, oat cultivars differed from both wheat and barley in that mycelial growth was observed before obvious tissue damage was detected under macroscopic examination, indicating tolerance of infection rather than inhibition of pathogen development, and morphology of sporodochia differed, appearing less well developed and being much less abundant. Longer latent periods have previously been related to greater FHB resistance in wheat. The present results suggest the longer latent periods of barley and oat cultivars, than wheat, are likely to play a role in overall FHB resistance if under the same genetic control as PDR components expressed in the head. However the limited range of incubation and latent periods observed within barley and oat cultivars evaluated was in contrast with wheat where incubation and latent periods were shorter and more variable among genotypes. The significance of the various combinations of PDR components detected in the detached leaf assay as components of FHB resistance in each crop requires further investigation, particularly with regard to the apparent tolerance of infection in oats and necrosis in barley, after the incubation period is observed, associated with retardation of mycelial growth and sporulation.

A simple inhibition coefficient for quantifying potency of biocontrol agents against plant-pathogenic fungi

Microbial interactions depend on a range of biotic and environmental variables, and are both dynamic and unpredictable. For some purposes, and under defined conditions, it is nevertheless imperative to evaluate the inhibitory efficacy of microbes, such as those with potential as biocontrol agents. We selected six, phylogenetically diverse microbes to determine their ability to inhibit the ascomycete Fusarium
coeruleum, a soil-dwelling pathogen of potato tubers that causes the storage disease dry rot. Interaction assays, where colony development was quantified (for both fungal pathogen and potential control agents), were therefore carried out on solid media. The key parameters that contributed to, and were indicative of, inhibitory efficacy were identified as: fungal growth-rates (i) prior to contact with the biocontrol
agent and (ii) if/once contact with the biocontrol agent was established (i.e. in the zone of mixed
culture), and (iii) the ultimate distance traveled by the fungal mycelium. It was clear that there was no correlation between zones of fungal inhibition and the overall reduction in the extent of fungal colony development. An inhibition coefficient was devised which incorporated the potential contributions of distal inhibition of fungal growth-rate; prevention of mycelium development in the vicinity of the biocontrol
agent; and ability to inhibit plant-pathogen growth-rate in the zone of mixed culture (in a ratio of 2:2:1). The values derived were 84.2 for Bacillus subtilis (QST 713), 74.0 for Bacillus sp. (JC12GB42), 30.7 for Pichia anomala (J121), 19.3 for Pantoea agglomerans (JC12GB34), 13.9 for Pantoea sp. (S09:T:12), and
21.9 (indicating a promotion of fungal growth) for bacterial strain (JC12GB54). This inhibition coefficient, with a theoretical maximum of 100, was consistent with the extent of F. coeruleum-colony development (i.e. area, in cm2) and assays of these biocontrol agents carried out previously against Fusarium
spp., and other fungi. These findings are discussed in relation to the dynamics and inherent complexity of natural ecosystems, and the need to adapt models for use under specific sets of conditions.

Dynamics of cork mycobiota throughout stopper manufacturing process: from diversity to metabolite

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Cytotoxicity Induced by Extracts of Pisolithus tinctorius Spores on Human Cancer and Normal Cell Lines—Evaluation of the Anticancer Potential

Fungi have been considered a potential source of natural anticancer drugs. However, studies on these organisms have mainly focused on compounds present in the sporocarp and mycelium. The aim of this study was to assess the anticancer potential of fungal spores using a bioassay-guided fractionation with cancer and normal cell lines. Crude extracts from spores of the basidiomycetous fungus Pisolithus tinctorius were prepared using five solvents/solvent mixtures in order to select the most effective crude extraction procedure. A dichloromethane/methanol (DCM/MeOH) mixture was found to produce the highest extraction yield, and this extract was fractionated into 11 fractions. Crude extracts and fractions were assayed for cytotoxicity in the human osteocarcinoma cell line MG63, the human breast carcinoma cell line T47D, the human colon adenocarcinoma cell line RKO, and the normal human brain capillary endothelial cell line hCMEC/D3. Cytotoxicity was assessed by the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) reduction assay. The results showed a reduction in cancer cell viability of approximately 95% with 4 of 11 fractions without a significant reduction in viability of hCMEC/D3 cells. Data demonstrated that spores of P. tinctorius might serve as an interesting source of compounds with potential anticancer properties.

Production and characterization of Chitin-Glucan Complex by Komagataella pastoris

This thesis was focused on the production, extraction and characterization of chitin:β-glucan complex (CGC). In this process, glycerol byproduct from the biodiesel industry was used as carbon source. The selected CGC producing yeast was Komagataella pastoris (formerly known as Pichia pastoris), due the fact that to achieved high cell densities using as carbon source glycerol from the biodiesel industry. Firstly, a screening of K. pastoris strains was performed in shake flask assays, in order to select the strain of K. pastoris with better performance, in terms of growth, using glycerol as a carbon source. K. pastoris strain DSM 70877 achieved higher final cell densities (92-97 g/l), using pure glycerol (99%, w/v) and in glycerol from the biodiesel industry (86%, w/v), respectively, compared to DSM 70382 strain (74-82 g/l). Based on these shake flask assays results, the wild type DSM 70877 strain was selected to proceed for cultivation in a 2 l bioreactor, using glycerol byproduct (40 g/l), as sole carbon source. Biomass production by K. pastoris was performed under controlled temperature and pH (30.0 ºC and 5.0, respectively). More than 100 g/l biomass was obtained in less than 48 h. The yield of biomass on a glycerol basis was 0.55 g/g during the batch phase and 0.63 g/g during the fed-batch phase. In order to optimize the downstream process, by increasing extraction and purification efficiency of CGC from K. pastoris biomass, several assays were performed. It was found that extraction with 5 M NaOH at 65 ºC, during 2 hours, associated to neutralization with HCl, followed by successive washing steps with deionised water until conductivity of ≤20μS/cm, increased CGC purity. The obtained copolymer, CGCpure, had a chitin:glucan molar ratio of 25:75 mol% close to commercial CGC samples extracted from A. niger mycelium, kiOsmetine from Kitozyme (30:70 mol%). CGCpure was characterized by solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry (DCS), revealing a CGC with higher purity than a CGC commercial (kiOsmetine). In order to optimize CGC production, a set of batch cultivation experiments was performed to evaluate the effect of pH (3.5–6.5) and temperature (20–40 ºC) on the specific cell growth rate, CGC production and polymer composition. Statistical tools (response surface methodology and central composite design) were used. The CGC content in the biomass and the volumetric productivity (rp) were not significantly affected within the tested pH and temperature ranges. In contrast, the effect of pH and temperature on the CGC molar ratio was more pronounced. The highest chitin: β-glucan molar ratio (> 14:86) was obtained for the mid-range pH (4.5-5.8) and temperatures (26–33 ºC). The ability of K. pastoris to synthesize CGC with different molar ratios as a function of pH and temperature is a feature that can be exploited to obtain tailored polymer compositions.(...)

Fimbriae of coprinus cinereus, schizophyllum commune and ustilago violacea = structural aspects and a role in conjugation

Surface fibrils (fimbriae) have been observed on fungi from every major group. Fimbriae are thought to be involved in the following cell to cell interactions: conjugation, flocculation and adhesion. Several higher fungi exibit two other types of interactions: hyphal fusion (anastomosis) and clamp connection formation. As a prelude to examining the role of fimbriae in these processes, the fimbriae of two fungi that undergo these fusion events were examined. Electron microscopy studies revealed that Coprinus cinereus and Schizophyllum commune are fimbriated. C. cinereus fimbriae were 5 nm in diameter and 0.5 to 20 11m in length. Fimbriae of C. cinereus oidia were more numerous and longer than those of the hyphal stage. S. commune fimbriae were also 5 nm in diameter, but were only 0.5 to 2 11m in length. There was an unequal distribution of fimbriae on the hyphal surfaces of S. commune . Fimbriae were sparsely distributed over the entire hyphal surface, with higher densities of fibrils present on the side growths of the hyphae found in the older sections of the mycelium. Antiserum raised against Ustilago violacea fimbrial protein (AU) crossreacted strongly with 37 and 39 kd C. cinereus mycelial proteins. In contrast, AU bound very weakly to 89 and 92 kd S. commune mycelial proteins. Since AU cross-reacted poorly with S. commune fimbrial proteins, it was impossible to further characterize the fimbriae of this specIes. The 37 and 39 kd C. cinereus proteins, were isolated by electroelution and were shown to be able to form fibrils the same diameter as oidial fimbriae. The 37 kd protein was shown to be composed of several proteins with isoelectric points ranging from pH 6.1 to 7.63. Furthermore, the 37 kd protein was found to be multimeric, while the 39 kd protein was not. These results strongly suggested that the 37 kd protein is the structural fimbrial protein of C. cine reus . Finally, a series of experiments were designed to determine whether fimbriae are required for conjugation in U. violacea Conjugation was inhibited significantly with AU, but not with pre-immune serum or AU preincubated with purified fimbrial protein. Thus, it was concluded that fimbriae play a central role in mating in this organism.

Light and electron microscope studies of host-parasite relations in a mycoparasite

Light microscope studies of the mycoparasite Piptocephalis virginiana revealed that the cylindrical spores of the parasite became spherical upon germination and produced 1-4 germ tubes. Generally t"l.vO germ tubes were produced by each spore. When this parasite was inoculated on its potential hosts, Choanephora cucurbitarum and Phascolomyces articulosus, the germ tube nearest to the host hypha continued to grow and made contact with the host hypha. The tip of the parasite's germ tube became swollen to form a distinct appressorium. Up to this stage the behavior of the parasite was similar regardless of the nature of the host. In the compatible host-parasite combination, the parasite penetrated the host, established a nutritional relationship and continued to grow to cover the host completely with its buff colored spores in 3-4 days. In the incompatible host-parasite combination, the parasite penetrated the host but its further advance was arrested. As a result of failure to establish a nutritional relationship with the resistant host, the parasite made further attempts to penetrate the host at different sites producing multiple infections. In the absence of nutrition the parasite weakened and the host outgrew the parasite completely. In the presence of a non-host species, Linderina pennispora the parasite continued to grow across the non-host 1).yp_hae vlithout establishing an initial contact. Germination studies showed that the parasite germinated equally well in the presence of host and non-host species. Further electron microscope studies revealed that the host-parasite interaction between P. virginiana and its host, C. cucurbi tarum, was compatible when the host hyphae were young slender, with a thin cell wall of one layer. The parasite appeared to penetrate mechanically by pushing the host-cell wall inward. The host plasma membrane invaginated along the involuted cell wall. The older hyphae of C. cucurbitarum possessed two distinct layers of cell wall and-showed an incompatible interaction when challenged vlith the parasite. At the point of contact, the outer layer of the host-cell wall dissolved, probably by enzymatic digestion, and the inner layer became thickened and developed a papilla as a result of its response to the parasite. The haustoria of the parasite in the old hyphae were always surrounded by a thick, well developed sheath, whereas the haustoria of the same age in the young host mycelium were devoid of a sheath during early stages of infection. Instead, they were in direct contact with the host protoplast. The incompatible interaction between a resistant host, P. articulosus and the parasite showed similar results as with the old hyphae of C. cucurbitarum. The cell wall of P. articulosus appeared thick-with two or more layers even in the 18-22 h-old hyphae. No contact or interaction was established between the parasite and the non-host L. pennispora. The role of cell wall in the resistance mechanism is discussed.

The effect of age on the structure and compostition of the cell walls of Choanephora cucurbitarum

The effect of age on the structure and composition of isolated and purified cell walls from cultures of Choanephora cucurbitarum was investigated by microchemical analyses, visible and infrared spectrophotometry, x-ray diffractometry and electron microscopy. Qualitative evaluation revealed the presence of lipids, proteins, neutral sugars, strong alkali soluble sugars, chitin, chitosan and uronic acids in the cell walls of both the 1 and 7 day old cultures. As the mycelium aged, there was a slight but statistically significant increase in the protein content, and a pronounced rise in the chitin and neutral sugar constituents of the cell walls. Conversely, the decrease in the chitosan content during this period had the net effect of altering the chitin: chitosan ratio from near unity in the younger cultures, to a 2:1 ratio in the 7 day old cell wall samples. Glutaraldehyde-osmium fixed thin sections of the 1 day old vegetative hyphae of £. curbitarum revealed the presence of a monolayered cell wall, which upon aging became bilayered. Replicas of acid hydrolysed cell walls demonstrated that both the 1 and 7 day old samples possessed an outer layer which was composed of finely granular amorphous material and randomly distributed microfibrils. The deposition of an inner secondary layer composed of parallel oriented microfibrils in the older hypha was correlated with an increase in the chitin content in the cell wall. The significance of these results with respect to the intimate relationship between composition and structure is discussed.

The effects of cultural conditions and parasitism on the lipid composition of choanephora cucubitarum (Berk. Rav.) thaxter /|nJohn M. Deven. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

The fatty acid composition of the total, neutral, sterol, free fatty acid and polar-lipid fractions in the mycelium of Choanephora cucurbitarum was determined. The major fatty acids in all lipid fractions were palmitic, oleic, linoleic and y-linolenic acid. Different lipid fractions did not show any particular preference for any individual fatty acid; however, the degree of unsaturation was different in various lipid fractions. Addition of glutamic acid to the malt-yeast extract medium resulted in the biosynthesis of a number of long-chain fatty acids beyond y-linolenic acid. These fatty acids, e.g. C22~1' C24:0 and C26=Q were never observed to be present in the fungus when grown on a malt-yeast extract medium without glutamic acid. Furthermore, thin-layer chromatographic analysis showed a larger and denser spot of diphosphatidyl glycerol from the mycelium grown on the glutamic acid medium than from the control mycelium. Various cultural conditions such as temperature, age, pH, light and carbon:nitrogen ratio in the growth medium used in this study did not alter the qualitative profile of fatty acids normally present in the organism. Neither did these conditions stimulate the production of further long-chain fatty acids (C20 - C26) beyond y-linolenic acid as observed in growth media containing glutamic acid. These cultural conditions influenced the degree of unsaturation, this being due mainly to changes in the concentration of y-linolenic acid. The fatty acid pattern of the lipid fractions though the same qualitatively, differed quantitatively due to the variation in the y-linolenic acid content under different cultural conditions. The degree of unsaturation of various lipid fractions decreased with increases in temperature, light intensity and pH, but within each treatment the same pattern of decreasing degree of unsaturation with increasing age was observed. The cultural conditions, used in this study, are also known to influence the degree and rate of development of the parasite, Piptocephalis virginiana. A direct correlation was observed between the levels of y-linolenic acid in C. cucurbitarum during the early stages of growth (24 h) and the degree of parasitism of P. virginiana. The amount of y-linolenic acid present in the host mycelium was found to be unrelated to either the dry weight of the mycelium or to the total lipid contents. K. virginiana is confined to host species which produce y-linolenic acid in their mycelium. The lipid profile of the host, C. cucurbitarum, did not show a significant qualitative or quantitative change in the lipid profile as a result of infection by the parasite, P. virginiana,e However, an increase in the total lipid was observed in the infected host mycelium. The significance of these results is discussed.

The significance of volatile antifungal metabolites produced by trichomerma harzianum biotype Th4, in green-mould disease of commercial mushroom crops /

The aggressive mushroom competitor, Trichoderma harzianum biotype Th4, produces volatile antifungal secondary metabolites both in culture and during the disease cycle in compost. Th4 cultures produced one such compound only when cultured in the presence of Agaricus bisporus mycelium or liquid medium made from compost colonised with A. bisporus. This compound has TLC and UVabsorption and characteristics indicating that it belongs to a class of pyrone antibiotics characterised from other T. harzianum biotypes. UV absorption spectra indicated this compound was not 6-pentyl-2H-pyran-one (6PAP), the volatile antifungal metabolite widely described in Th1. Furthermore, this compound was not produced by Th1 under any culture conditions. Mycelial growth of A. bisporus, Botrytis cinerea and Sclerotium cepivorum was inhibited in the presence of this compound through volatility , diffusion and direct application. This indicates that Th4 produces novel, volatile, antifungal metabolites in the presence of A. bisporus that are likely involved in green mould disease of mushroom crops.

Étude de l’interaction entre le champignon mycorhizien Glomus irregulare et les bactéries du sol

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises.

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

The evolution of inter-genomic variation in arbuscular mycorrhizal fungi

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome.

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

Morphological and molecular characteristics of a new species of Pasteuria parasitic on Meloidogyne ardenensis

A species of the hyper-parasitic bacterium Pasteuria was isolated from the root-knot nematode Meloidogyne ardenensis infecting the roots of ash (Fraxinus excelsior). It is morphologically different from some other Pasteuria pathogens of nematodes in that the spores lack a basal ring on the ventral side of the spore and have a unique clumping nature. Transmission electron microscopy (TEM) showed that the clumps of spores are not random aggregates but result from the disintegration of the suicide cells of the thalli. Sporulation within each vegetative mycelium was shown to be asynchronous. In addition to the novel morphological features 16S rRNA sequence analysis showed this to be a new species of Pasteuria which we have called P. hartismeri. Spores of P. hartismeri attach to juveniles of root-knot nematodes infecting a wide range of plants such as mint (Meloidogyne hapla), rye grass (unidentified Meloidogyne sp.) and potato (Meloidogyne fallax). (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.