Gramillines A et B : des lipopeptides cycliques ont été identifiés comme étant des produits biosynthétiques non ribosomiques de Fusarium graminearum
Citation
Bahadoor, A., Brauer, E.K., Bosnich, W., Schneiderman, D., Johnston, A., Aubin, Y., Blackwell, B., Melanson, J.E., Harris, L.J. (2018). Gramillin A and B: Cyclic Lipopeptides Identified as the Nonribosomal Biosynthetic Products of Fusarium graminearum. Journal of the American Chemical Society, [online] 140(48), 16783-16791. http://dx.doi.org/10.1021/jacs.8b10017
Résumé en langage clair
Le champignon pathogène Fusarium graminearum a la faculté exceptionnelle de pouvoir s’adapter à différentes plantes hôtes et à différents milieux. Il est le principal agent causal de la fusariose de l’épi (chez le blé, l’orge et l’avoine) et de la fusariose de l’épi du maïs (nommé Gibberella zea à son stade sexué). Étant donné que ce champignon contamine le grain avec le désoxynivalénol, une mycotoxine réglementée, lorsqu’il infecte des plantes de céréales, ce champignon pose constamment une menace dans les cultures céréalières et pour l’innocuité des aliments dans le monde entier. Nous voulons savoir si ce champignon peut sécréter d’autres toxines pour promouvoir l’infection de plantes. Nous avons observé un cluster de gènes fongiques qui s’exprimait de manière préférentielle au cours d’une infection fusarienne de plants de maïs, alors que ce cluster de gènes ne s’exprimait que brièvement lors d’une infection de plants d’orge ou de blé. C’est ainsi que nous avons pu identifier un gène de F. graminearum qui est nécessaire à la synthèse de deux molécules cycliques, nommées gramilline A et gramilline B. Les gramillines sont de petits lipopeptides agissant comme des toxines puissantes dans certaines plantes hôtes. De faibles quantités de gramillines purifiées sur des feuilles de maïs provoquent une mort cellulaire en quelques heures, alors qu’elles n’ont aucun effet sur des feuilles de blé. Les gramillines peuvent aider le champignon à causer la maladie sur le maïs, mais pas sur le blé, ce qui constitue un exemple d’un grave phytopathogène ayant développé une stratégie d’infection spécifique à l’hôte. Nous voulons maintenant comprendre pourquoi cette toxine agit sur certaines plantes, mais pas sur d’autres, ce qui nous aidera à trouver de nouveaux moyens de lutte contre la fusariose.
Résumé
La virulence de Fusarium graminearum et sa grande diversité d’hôtes sont associées à sa capacité de sécréter un arsenal de métabolites secondaires phytotoxiques, et notamment des mycotoxines régulées de la famille des désoxynivalénols. Les gènes TRI qui sont responsables de la biosynthèse du déoxynivalénol et de composés apparentés s’expriment généralement au cours d’une infection fongique. Cependant, le génome de F. graminearum abrite un ensemble de clusters de gènes biosynthétiques encore inexplorés qui sont co-induits avec les gènes TRI, dont le cluster de gènes de la synthétase peptidique non ribosomique 8 (NRPS8). Dans la présente étude, nous avons identifié deux lipopeptides bicycliques, la gramilline A (1) et la gramilline B (2), comme étant des produits biosynthétiques finaux de la NRPS8. L’élucidation structurale par CL-SM et RMN à haute résolution, notamment au moyen des spectres de 1H-15N-13C HNCO et de HNCA sur des composés isotopiquement enrichis, a révélé que les gramillines possédaient une structure bicyclique fusionnée et que l’anneau du macrocycle peptidique principal était refermé par une liaison anhydride. Par disruption génique ciblée, nous avons caractérisé le gène biosynthétique GRA1 et son facteur de transcription GRA2 dans le cluster de gènes de la NRPS8. De plus, nous avons démontré que les gramillines sont produites in planta sur les soies de maïs et qu’elles favorisent la virulence du champignon sur le maïs, mais qu’elles n’ont aucun effet perceptible lorsque des épis de blé sont infectés. L’infiltration de gramillines dans les feuilles de maïs provoque une mort cellulaire, mais pas dans les feuilles de blé. Selon nos résultats, F. graminearum utilise les gramillines comme agent de virulence lorsqu’il infecte le maïs, mais pas lorsqu’il infecte le blé, ce qui témoigne d’une adaptation spécifique à l’hôte.