Le système phéromones/récepteurs chez Podospora anserina

Chez les champignons, les phéromones sont des substances secrétées par les gamètes mâles pour attirer les organes femelles de type sexuel opposé. Elles se fixent sur des

récepteurs spécifiques existant à la surface du trichogyne ce qui déclenchent une cascade de transduction du signal (Coppin et al. 2005).

Chez P. anserina, le génome contient deux gènes codant les précurseurs de phéromones : mfm et mfp. Le gène mfp (mating facteur plus) code un polypeptide de 24 acides aminés qui se termine par un motif CAAX similaire au facteur hydrophobe a de S. cerevisiae, alors que le gène mfm (mating facteur minus) code un polypeptide de 221 acides aminés qui contient 13 résidus répétés similaires aux facteurs hydrophile 4 de S. cerevisae (Coppin et al. 2005). Pour être actifs, ces précurseurs des phéromones doivent subir plusieurs étapes de maturation similaires aux étapes observées chez S. cerevisiae et S. pombe (Davey et al. 1998).

La délétion du gène mfm affecte exclusivement la fertilité mâle dans la souche mat- sans altérer la fertilité femelle. D’une façon similaire, la délétion du gène mfp affecte uniquement la fertilité mâle dans la souche mat+ (Coppin et al. 2005). Cette stérilité mâle peut être surmontée par l’introduction d’une copie transgénique du gène sauvage mfm ou mfp dans les souches mat- et mat+ respectivement (Coppin et al. 2005). Par contre, la fertilité mâle n’est pas affectée chez les mutants mat+ 5mfm et mat- 5mfp. La délétion des phéromones n’affecte pas la croissance, la morphologie du mycélium, la différentiation et la fonction des organes femelles (Coppin et al. 2005). En conclusion, la phéromone mfp est exprimée spécifiquement dans la souche mat+, tandis que la phéromone mfm est exprimée spécifiquement dans la souche mat- (Figure 8). L’expression des phéromones est contrôlée par les facteurs de transcription FPR1 (mat+) et FMR1 (mat-). Chez mat+, FPR1 active l’expression de mfp et réprime l’expression de mfm. Inversement chez mat-, FMR1 active l’expression de mfm et réprime l’expression de mfp (Coppin et al. 2005).

P. anserina possèdent deux récepteurs de phéromones PaPRE1 et PaPRE2 orthologues de Ncpre-1 et Ncpre-2 respectivement de N. crassa. NcPRE-1 est le récepteur de la phéromone "NcMFa-1" secrétée par la souche mat a, alors que NcPRE-2 est le récepteur de la phéromone "NcCCG-4" sécrétée par la souche mat A (Poggeler and Kuck 2001). La transcription des gènes Ncpre-1 et Ncpre-2 n’est pas spécifique des souches A et a, mais la délétion de Ncpre1 dans la souche a (ou la délétion de Ncpre2 dans la souche A) n’ont pas donné d’altérations détectables du phénotype. La délétion de Ncpre1 cause la stérilité femelle de la souche mat A (Kim and Borkovich 2004, 2006).

Chez P. anserina on suppose que la régulation des récepteurs est similaire à celle des phéromones. Chez mat+, FPR1 activerait l’expression de PRE2. Chez mat-, FMR1 activerait l’expression de PRE1. PRE1 et PRE2 sont les récepteurs de mfp et mfm respectivement (Figure 8).

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Figure 8 : Régulation de l’expression des phéromones et de leurs récepteurs par les facteurs de transcription MAT. Les gènes mfm et mfp codent les phéromones, Les gènes PRE1 et PRE2 codent les récepteurs.

2.3 La reproduction sexuée chez les levures

2.3.1 Introduction

Les levures sont des champignons qui appartiennent à la famille des ascomycètes. Elles ont la particularité d’être des organismes eucaryotes et unicellulaires, dont les génomes compacts et de petite taille en font des organismes modèles pour l’étude simplifiée des eucaryotes (Forsburg 2005). Il existe de nombreuses espèces de levures différentes, dont les plus connues sont la levure bourgeonnante S. cerevisiae (Saccharomycotina) et la levure fissipare S. pombe (Taphrinomycotina) (Figure 1). Chacune de ces deux espèces a une évolution bien distincte de l’autre. Elles ont divergé à partir d’un ancêtre commun depuis environ 1000 millions d’années (Forsburg 2005). Ce sont les deux premières levures pour lesquelles les séquences complètes des génomes ont été obtenues, respectivement en 1996 (Goffeau et al. 1996) et 2002 (Wood et al. 2002).

La levure S. cerevisiae plus connue sous le nom de « levure du boulanger » est adoptée comme système modèle au laboratoire en 1930 (Hall and Linder 1993). Cette espèce est largement étudiée en biologie cellulaire et moléculaire. En fait, cet organisme représente un système expérimental qui procure de nombreux avantages, entre autre par la facilité à la

manipuler, la possibilité de faire une analyse génétique et ses hautes capacités de recombinaison homologue. La cellule de S. cerevisiae est sphéroïde et sa taille dépend de la souche, de son âge (elle se divise par bourgeonnement) et de son degré de ploïdie. Le génome nucléaire de la levure S. cerevisiae représente environ 12 méga bases pairs (Mbp) reparties sur 16 chromosomes. Le génome contient 6607 gènes codant 4964 ORF vérifiées, 858 ORF non caractérisées et 785 ORF douteuses. Le génome est disponible sur le site : http://www.yeastgenome.org/.

La levure S. pombe diffère de la levure S. cerevisiae, non seulement par la forme des cellules (allongée au lieu de sphériques) mais aussi par de nombreuses autres caractéristiques biologiques. En particulier, elle est appelée levure fissipare car contrairement à S. cerevisiae, elle ne se multiplie pas par bourgeonnement mais par fission transversale. Comme S. cerevisiae et pour les mêmes raisons, la levure S. pombe est devenue un outil scientifique de premier plan. Réparti en seulement trois chromosomes, son génome nucléaire de 12,5 Mbp contient 5122 gènes codant. Le génome est disponible sur le site : http://old.genedb.org/genedb/pombe/.

Le cycle de vie de S. cerevisiae et S. pombe, et en particulier, leurs types sexuels ont fourni un terrain riche pour l’étude des mécanismes moléculaires de régulation des gènes et le fonctionnement des systèmes de signalisation impliqués dans le développement sexué. Comme d’autres eucaryotes, S. cerevisiae et S. pombe ont une véritable phase sexuelle (Figure 9), les cellules haploïdes de types sexuels, désignées MATA ou MAT4 chez S. cerevisiae, et matP ou matM chez S. pombe, sécrètent des phéromones qui se lient spécifiquement au récepteurs compatibles sur la surface des cellules de types sexuels opposés. La détection réciproque des phéromones induit un phénomène complexe de transduction de signal qui aboutit à la fusion des deux cellules et à la formation d’un zygote. Cette cellule diploïde peut se propager par des divisions mitotiques, ou entrer en méiose en réponse à une carence nutritionnelle pour former quatre spores haploïdes. Ces spores germent et réintègrent le cycle mitotique quand les conditions sont favorables (Casselton 2002).

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Figure 9: Cycle de vie de (A) Saccharomyces cerevisiae et de (B) Schizosaccharomyces pombe. (Perego et al. 2000)