C’est une journée froide et humide en 2015 et Anne Pringle parcourt le sous-étage d’une forêt du nord de la Californie à la recherche de l’organisme sans prétention qui a consommé ses recherches au cours des dernières années : le champignon mortuaire, ou Amanita phalloides.
Ce champignon n’est pas le champignon lunatique à pois de la nostalgie des dessins animés de l’enfance, mais le champignon mortellement toxique qui a envahi la côte ouest de l’Amérique du Nord. Pringle et son laboratoire ont collecté des spécimens pour essayer de déterminer comment le bonnet mortel a pu envahir cet environnement.
Elle ne savait pas que huit ans plus tard, elle et une équipe de chercheurs de l’Université du Wisconsin à Madison et du Service de recherche agricole du Département américain de l’agriculture (USDA-ARS) seraient les premières à documenter une partie de la complexité derrière ce mystère.
Dans un article publié cette semaine dans La revue ISMEl’équipe a découvert que les champignons mortels individuels semblaient avoir leur propre suite unique de gènes de toxines.
« En d’autres termes, tous les champignons ne sont pas toxiques de la même manière », explique Pringle, professeur de botanique à l’UW-Madison.
Cette découverte pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre comment le champignon toxique envahit avec succès la Californie et ouvrir la porte à de nouvelles voies de découverte de médicaments.
Pringle, un écologiste de l’évolution, a été le premier à déterminer que la population de mortiers trouvés en Californie n’est pas indigène, comme les scientifiques le pensaient auparavant ; au lieu de cela, le champignon infâme est une espèce envahissante. Pringle s’est demandé si une partie du succès de l’invasion du champignon résidait dans les toxines pour lesquelles il est si connu. Cela signifiait qu’elle devait mieux comprendre les gènes qui créent ces toxines.
Pringle s’est associé à Nancy Keller, professeure de microbiologie médicale et d’immunologie à UW – Madison; l’ancien chercheur postdoctoral Milton Drott ; et Sung Chul Park, un chercheur postdoctoral actuel dans le laboratoire de Keller.
Keller et son laboratoire se concentrent sur la détermination des raisons génétiques pour lesquelles un champignon, tel que l’Aspergillus flavus cancérigène, peut être un agent pathogène puissant. Ils étudient également la possibilité que des composés isolés de champignons pathogènes conduisent à la découverte de nouveaux médicaments.
« Nous sommes toujours à la recherche de nouveaux composés qui pourraient être utiles à des fins médicinales », déclare Keller. « Nous pouvons prendre ces nouveaux métabolites purifiés et dire : ‘Oh, ont-ils un impact sur la croissance des microbes nocifs ?’ Vous ne savez tout simplement pas tant que vous n’avez pas testé. »
Pour la nouvelle étude, Drott, qui travaille maintenant pour l’USDA-ARS, s’est appuyé sur sa formation en biologie computationnelle pour analyser les données génétiques d’échantillons de champignons mortuaires collectés en Californie et en Europe. L’équipe cherchait à documenter les gènes qui sous-tendent leur toxicité.
Ce que les chercheurs ont découvert, c’est une diversité inattendue de ces gènes.
Tous les spécimens partagent un groupe central de gènes, quelle que soit leur origine. Le fait d’avoir ces gènes de base est généralement considéré comme une exigence pour qu’un spécimen soit classé comme faisant partie de l’espèce de la calotte mortelle, explique Drott.
Mais les chercheurs ont également trouvé un groupe accessoire de gènes. D’un individu à l’autre, certains champignons possédaient certains gènes accessoires tandis que d’autres manquaient entièrement de ces mêmes gènes.
C’est comme si tout le monde à un barbecue au bord d’un lac avait une bougie à la citronnelle pour aider à repousser les insectes embêtants. La bougie à la citronnelle est comme un gène central, émettant une odeur pour, espérons-le, éloigner les insectes. Maintenant, si ce bord du lac se transformait en marécage, les amateurs de barbecue pourraient devoir ajuster leur stratégie anti-insectes.
En plus de leur bougie à la citronnelle, certaines personnes peuvent apporter un insectifuge, d’autres peuvent installer un piège à moustiques, peut-être que certaines essaient une huile anti-insectes naturelle. Ces méthodes anti-insectes supplémentaires sont comme des gènes accessoires, des méthodes variées que les amateurs de barbecue essaient de voir ce qui fonctionne le mieux dans le nouvel emplacement.
Dans les champignons, Pringle pense que ces gènes accessoires créent une variété de composés, dont certains peuvent leur permettre de mieux prospérer dans de nouveaux écosystèmes et de poursuivre leur invasion sur la côte ouest.
« Nous documentons l’évolution, cela ne fait aucun doute », déclare Pringle.
Mais c’est une question vraiment difficile à tester pour les chercheurs.
Chez l’homme, il est facile de retracer l’héritabilité des gènes des parents à la progéniture, puisque les gens reçoivent généralement deux ensembles de gènes, un de chaque parent. Mais dans les champignons, c’est beaucoup plus complexe. Parfois, des champignons individuels finissent par recevoir quelques versions d’un gène. Il est donc difficile de déterminer si certains gènes de toxines jouent un rôle en aidant un champignon à prospérer dans un environnement particulier.
« D’un point de vue informatique, c’est très difficile à gérer car il faut différencier lequel vient de quel parent ou s’il s’agit d’une séquence unique », explique Drott. « Taquiner cela à part a été un grand pas en avant dans notre capacité à identifier ces toxines à cette échelle. »
Les champignons mortuaires sont également mycorhiziens, ce qui signifie qu’ils dépendent des racines des plantes pour se développer. Cela ajoute une autre couche de difficulté dans la conception d’expériences car il peut être difficile, voire impossible, de recréer ces conditions en laboratoire.
Et, notent les chercheurs, la simple présence de gènes ne signifie pas toujours que les composés qu’ils produisent sont définitivement tous des toxines.
« Lorsque vous cueillez un champignon, c’est un moment dans le temps. Donc, cela pourrait être à ce moment-là que le gène n’a même pas été exprimé et que le composé n’a pas été fabriqué », explique Keller. « Nous imaginons que certains de ces gènes sont activés en raison du stress. Donc, idéalement, vous voudriez échantillonner dans différentes conditions. »
L’équipe note également que les scientifiques ne savent pas encore pourquoi le champignon de la calotte mortelle est toxique en premier lieu : est-ce pour l’autodéfense ? Les champignons sont-ils territoriaux ? Les toxines et autres composés de champignons varient-ils selon les emplacements géographiques pour différentes raisons ? Trouver les réponses à ces questions n’est pas simple.
Cependant, l’équipe est enthousiasmée par les découvertes et l’opportunité d’ajouter à la littérature sous-recherchée sur la biologie de l’invasion fongique.
C’est la première fois que les scientifiques ont documenté qu’il y a autant de variation entre les populations indigènes et invasives de mortiers et où dans le génome la variation existe, dit Drott.
« Il se passe quelque chose sur la côte ouest, où [the mushroom] se répand », dit-il. « Chaque année, les gens mangent ces champignons et meurent. Et nous voulons arrêter cela si nous le pouvons. »
Plus d’information:
Milton T. Drott et al, Pangenomics of the death cap mushroom Amanita phalloides, and of Agaricales, révèle l’évolution dynamique des gènes de toxines dans une gamme invasive, La revue ISME (2023). DOI : 10.1038/s41396-023-01432-x