Rozellomycota Cryptomycota

Holomycota

La deuxième grande lignée évolutive des Opisthokonta est celle des Holomycota, aussi appelée Nucletmycea. Le groupe d’Holomycota qui a eu le plus de succès est sans conteste celui des champignons Eumycota ou vrais champignons. À la base de l’arbre phylogénétique (figure 101) se trouvent des organismes dont le mode de nutrition est toujours phagotrophique, les Nucleariida et les Aphelida, confirmant que les Eumycota, dont le mode de nutrition est l’osmotrophie, dérivent bien de protistes phagotrophes. Ce mode trophique semble être aussi conservé chez Rozella allomycis, un parasite de champignons appartenant aux Rozellida, le groupe frère des Eumycota. Mais la difficulté à cultiver les autres Rozellida fait que leur mode de vie reste mystérieux. Probablement encouragés par le manque d’information à leur sujet, des chercheurs anglais les ont inclus dans le groupe des Cryptomycota, sans savoir si ces organismes sont bien des

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champignons à nutrition osmotrophe ! Si la phagotrophie de Rozella est celui typique du groupe, il vaudra donc mieux conserver le nom de

Rozellida pour bien marquer

que ce ne sont pas des champignons. Les Rozellida sont apparentées aux

Microsporidia, un groupe de

parasites intracellulaires qui a tellement régressé que pendant longtemps, il a été

considéré comme

intermédiaire entre les procaryotes et les eucaryotes ! Contrairement aux Eumycota qui sont étudiés depuis longtemps, on connaît relativement peu

de choses sur les trois autres phylums.

Les Nucleariida vivent principalement sous la forme d’amibes possédant des pseudopodes rayonnants (figure 102). Ces pseudopodes filamenteux sont produits sans le soutien de microtubules, contrairement aux filopodes des autres amibes rayonnantes du groupe des Rhizaria. De manière surprenante, ces amibes ont des mitochondries à crêtes discoïdes, comme les

Discoba. Actuellement,

quelques espèces seulement sont reconnues comme appartenant à ce groupe mais

Figure 103 Cycle de Fonticula alba. Cette espère rare, car isolée qu’une seule fois, a mis en place de manière indépendante une multicellularité agrégative. Elle passe sa phase végétative sous forme d'amibes phagotrophes différenciant les filopodes typiques des

Nucleariida. Pour élaborer la fructification, les amibes libres se

regroupent et secrète une matrice extracellulaire via l’appareil de Golgi. Puis une partie d'entre elles se différencie en spores qui finissent par être extrudées au sommet du sporophore sous forme d’une sphère conférant au sorocarpe une morphologie caractéristique.

Figure 102 Nuclearia pattersoni.

20 µm

filopodes

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d'autres présentant des caractères similaires devraient venir se classer ici. On connaît peu de chose sur la biologie du groupe. Les styles de vie et les biotopes occupés ne sont pas bien déterminés. Elles ont été isolées à partir d'échantillon d'eau douce et l'espèce

Nucleria pattersoni a été obtenue à partir des branchies d'un poisson. Les données de

métagénomique confirment que ces organismes sont présents dans de nombreux biotopes dulçaquicoles. En revanche, il est possible de cultiver certaines espèces sur boite de Petri en culture monoxénique, ce qui devrait permettre leur étude. Les cycles complets ne sont pas bien connus. Certaines espèces semblent vivre exclusivement sous forme unicellulaires. Elles peuvent ou non former des kystes. D’autres, comme Fonticula alba, ont développé une multicellularité agrégative rudimentaire (figure 103).

Les quelques espèces connues d’Aphelida sont des parasites intracellulaires d’algues unicellulaires dont elles régulent les populations. La phase trophique se présente sous forme de petites amibes phagotrophes qui vont donner naissance à des plasmodes (figure 104). Ces plasmodes vont finir par faire une schizogonie et produire les spores de dispersion à l’intérieur de la paroi de leurs hôtes qu’ils utilisent comme protection. Les zoospores produites peuvent être en fonction des espèces soit amiboïdes, soit flagellées avec le flagelle postérieur typique des Opisthonkonta. A la base du flagelle se trouve aussi un second centriole. Il existe chez les Amoeboaphelidium un pseudo-flagelle immobile dont l’origine est obscure. Les séquences de quelques gènes montrent un code génétique non-standard chez ces microorganismes : UAG et UAA semblent coder pour de la glutamine au lieu de stop.

La dernière lignée qui se branche avant celle des vrais champignons porte le nom provisoire de Rozellomycota avec deux sous-lignées bien décrites actuellement : les Figure 104 Cycle d’Amoeboaphelidium protococcarum. Comme tous les

Aphelida, cette espèce parasite des algues unicellulaires. Après

pénétration dans son hôte, le parasite en consomme le contenu cellulaire et développe un plasmode, qui après schizogonie va redonner des zoospores infectieuses. Dans certaines souches, des spores de résistances peuvent se différencier. A leur réveil ces spores redonnent après schizogonie des zoospores. Le corps résiduel contient les déchets produits par le parasite.

pseudo-flagelle plasmode corps résiduel zoospores spore schizogonie

156 Rozellida et les Microsporidia. Elle contient un ensemble d’espèces de culture très difficile pour la plupart car ce sont des parasites intracellulaires d’autres eucaryotes. Il est très probable que la phylogénie de ce groupe va beaucoup bouger. En effet, des parasites ayant des cycles et des morphologies similaires semblent exister dans les deux sous-groupes. L’évolution réductrice accompagnant le parasitisme fait que seules les phylogénies moléculaires permettent de les classer et encore avec difficulté car dans l’un des deux groupes, celui des Microsporidia, le génome a subit aussi une évolution réductrice et accélérée rendant difficile l’utilisation de sa séquence pour l’analyse phylogénétique. Les données de métagénomique environnementale indiquent que d'autres lignées existent dans de nombreux biotopes et qu’elles présentent une diversité génétique importante ; peut-être autant que les Eumycota !

Les Rozellida n’ont longtemps été connu que par une vingtaine d'espèces parasites d'autres champignons aquatiques, Eumycota ou Pseudomycota. Plus récemment, des parasites intracellulaires d’amibes, les Paramicrosporidium, présentant une forte simplification morphologique, et donc ressemblant fortement aux microsporidies, ont été décrits comme appartenant à ce groupe. On ne connaît pas actuellement le mode de vie des espèces détectées par la métagénomique et nos connaissances sur les Rozellida dérivent donc uniquement des Rozella, dont l’espèce la plus connue est Rozella allomycis (figure 105). Cette espèce est un parasite intracellulaire de champignons du genre

Allomyces. Son cycle commence par une zoospore comportant un flagelle postérieur qui se

fixe à une cellule d'Allomyces. La zoospore rétracte son flagelle et s'enkyste. Un tube germinatif se forme et pénètre à l'intérieur de la cellule. Le corps cellulaire passe alors à l'intérieur de la cellule hôte où il se développe au détriment du contenu cellulaire sous forme d’un plasmode nu dépourvu de paroi chitineuse. La nutrition de ces organismes se fait par phagocytose du cytoplasme de la cellule hôte. Ensuite, le plasmode se différencie en zoosporange dont la paroi contient de la chitine. Il n’est pas clair comment la chitine est synthétisée. Initialement, on pensait que la cellule hôte la fournissait, mais quatre gènes codant pour des synthétases de chitine ont été identifiés dans le génome de Rozella

allomycis. Ce zoosporange finit par se cliver en zoospores qui se dispersent après rupture

de la cellule hôte. Le zoosporange peut aussi se différencier en un sporange de résistance: Figure 105 Cycle de Rozella allomycis.

zoospore

sporange

plasmode

enkystement et pénétration

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le cycle de cette espèce est donc très simple car la reproduction sexuée semble absente. Leur condition de parasite intracellulaire suggère que les Rozella ont probablement connu une évolution réductrice, rendant difficile l’extrapolation des connaissances acquise sur

Rozella allomycis aux autres Rozellida. Des analyses d’hybridations avec diverses sondes

sur des échantillons pris directement de la nature, montrent que les autres Rozellida sont des petites cellules ovoïdes de 2-3 µm de diamètres, avec un flagelle ou dépourvues de flagelle. Les formes sans flagelle sont interprétées comme des kystes alors que les formes avec flagelle seraient des zoospores. La forme trophique resterait donc encore à découvrir. La présence d’une paroi chitineuse typique des Eumycota n’a pas pu être mise en évidence par marquage avec une lectine spécifique, ni d’ailleurs la présence d’une paroi cellulosique. Néanmoins, de la chitine a été détectée chez les Paramicrosporidium. En résumé, bien que possédant un cycle similaire à certains champignons, en particulier pour certaines espèces comme Rozella allomycis qui produit des spores à paroi chitineuse, ces organismes n’ont probablement pas fait une transition complète vers l’osmotrophie et donc ne peuvent être considéré comme des champignons.

Les Microsporidia forment l’autre lignée des Rozellomycota. Nosema bombycis est la première espèce décrite par Pasteur comme étant responsable de la pébrine, maladie du ver à soie, Bombyx mori. Cette maladie causait des ravages importants dans les centres d'élevage du bombyx pour la production de la soie. Pasteur a montré que ces parasites se transmettaient à la descendance par la mère au cours de la reproduction et il a mis au point un traitement qui consiste à sélectionner des descendants sans parasites pour initier de nouveaux élevages et a ainsi pu "sauver l'industrie française de la soie" ! Depuis plus de 1100 espèces ont été décrite. Il est probable que ce chiffre soit très sous-estimé.

Comme Nosema bombycis, les Microsporidia sont des parasites intracellulaires de structure simple qui infectent de très nombreux eucaryotes allant des protistes à l'homme avec une préférence pour les invertébrés. Elles ont subi une importante évolution régres- sive, car elles sont parmi les plus petites cellules eucaryotes et aussi parmi les plus simples. Elles n'ont pas de peroxisomes ni de mitochondries ou d'hydrogénosomes mais des mitosomes. Il n'y a pas non plus de cils ou flagelles. Mais elles possèdent néanmoins un réseau de membranes internes (réticulum). Elles disposeraient d'un appareil de Golgi peu développé. Cette évolution s’est accompagnée d’une diminution de la taille moyenne des protéines et de la réduction de la complexité du ribosome qui par sa taille ressemble à celui des procaryotes. On constate aussi la diminution de la capacité codante du génome. Chez Encephalitozoon cuniculi, le génome ne mesure plus que 2,9 Mb et ne code que pour environ 2 000 gènes. Aussi bien en taille qu’en capacité codante, ce génome est plus petit qu’un génome bactérien ! Les gènes sont très proches les uns des autres et les régions 5'UTR sont très courtes car de l'ordre de trois à dix nucléotides. Les gènes dupliqués sont rares. Chez cette espèce, il n'y a pas les gènes impliqués dans le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire, peu de gènes impliqués dans la biosynthèse des acides aminés. Par contre il existe de nombreux transporteurs, en particulier des translocases, permettant d'importer

158 méronte (plasmode) schizogonie et sporogonie (formation des spores) filament polaire disque d’ancrage noyau vacuole tube polaire sporonte spore

les nutriments dont de l'ATP à partir du cytoplasme de la cellule hôte. A l’opposé d’Encephalitozoon cuniculi, le génome de Mitosporidium daphniae mesure 5.7 Mb et code pour 3 300 gènes. Cette espèce a connu une régression moins importante car au cours du programme de séquençage, un génome mitochondrial a pu être identifié. Les gènes présents soit sur le génome mitochondrial soit sur le génome nucléaire semblent encore permettre une production partielle d’ATP sans que l’on connaisse l’accepteur final d’électron. Corrélativement, le génome ne semble pas coder pour les translocases ATP/ADP qui permettent aux autres Microsporidia de prélever l’ATP de leur hôte.

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Leur cycle de vie des Microsporidia peut être simple ou complexe en fonction des espèces. En particulier, il existerait chez certaines une sexualité dont les modalités ne sont pas complètement élucidées, ce qu'atteste la présence de gènes de types sexuel dans leur génome. De même, certaines Microsporidia ont besoin de plusieurs hôtes successifs pour accomplir la totalité de leur cycle. Chez Enterocytozoon bieneusi, la sexualité est inconnue et leur cycle de vie est simple (figure 106). Des spores infectieuses sont ingérées. Elles entrent en contact avec la cellule hôte. Elles extrudent une organelle, appelé le tube polaire qui traverse la membrane de la cellule, permettant l'entrée à l'intérieur du cytoplasme de l'hôte. Le tout se produit en l'espace de 2 secondes ! La spore subit d'abord des modifications morphologiques avec notamment un gonflement de sa vacuole; ceci est dû à l’augmentation de la pression osmotique dans la spore. En effet, la spore qui est imperméable à l’eau est très concentrée en solutés. La spore activée hydrolyse certains polymères, ce qui conduit à un pic de pression osmotique qui va ainsi faire entrer l’eau. Puis une rupture du disque d’ancrage se produit. Le tube polaire est alors expulsé violemment permettant sa traversée de la membrane plasmique de la cellule hôte. Il y a ensuite passage du sporoplasme, c’est-à-dire du contenu cellulaire de la spore, vers la cellule hôte au travers du tube polaire ; notez la petitesse du tube polaire et la déformation que doit donc subir le sporoplasme ! La mécanique de passage du sporoplasme se fait là encore probablement par pression

osmotique avec

augmentation en taille d’une vacuole qui va rester dans la spore. Dans la cellule hôte, le sporoplasme subit une multiplication massive par fission binaire. Chez certaines espèces, ce processus peut donc donner lieu à des cellules avec plusieurs noyaux de type plasmode ou à des arrangements plus complexes avec plusieurs cellules à plusieurs noyaux. Cette multiplication peut s’effectuer soit en contact direct avec le cytoplasme de la cellule hôte ou bien s’effectuer dans une vacuole parasitophore. Cette prolifération va donner naissance à ce que l’on appelle les mérontes. Ces derniers vont subir une étape de division et de maturation: la sporogonie. Ceux-ci sont à ce stade appelés sporontes. Cette phase permet aux sporontes d’acquérir toutes les structures de la spore comme la capsule de la spore ou le tube polaire… C'est à ce moment que pourrait se produire la méiose chez certaines espèces. La phase de sporogonie peut également aboutir à un xénoma à la fin de la phase infectieuse. Le xénoma est un complexe dans lequel les Microsporidia intracellulaire prennent le contrôle métabolique de la cellule hôte pour augmenter la production de spores (figure 107). Par exemple, il n'est pas rare de trouver des arthropodes dont la quasi-totalité de

Figure 107 Xénoma causé par Glugea anomala après l’infection d’une épinoche (Gasterosteus aculeatus).

xénoma

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l'organisme a été remplacée par une masse hypertrophiée de spores de Microsporidia. Les spores sont entourées d'une paroi contenant des protéines, des polysaccharides et de la chitine. Elles sont très résistantes aux variations de température, de pH, etc. Elles assurent donc efficacement la dispersion de ces parasites.

Il faut noter que certaines Microsporidia ont des spectres d'hôtes très larges et qu’une même espèce peut infecter des vertébrés et des invertébrés. Elles posent de nombreux problèmes dans les élevages d'insectes, dont Nosema apis qui parasite les abeilles et bien évidement Nosema Bombycis qui attaque les vers à soie. Certaines espèces parasites d’insectes pourraient être utilisées comme bio pesticides en particulier Nosema

locustae contre les criquets ou Brachiola algerae contre les moustiques. Les autres cibles

importantes pour les élevages incluent les crustacés, les mollusques et les poissons, les oiseaux.… Certaines espèces sont des pathogènes opportunistes qui infectent fréquemment les personnes immunodéprimées et sont responsables de « microsporidioses ». La Table 8 résume les principales infections humaines. On estime que 8% de la population européenne a été infectée une fois au cours de sa vie par une

Microsporidia. Dans la plupart des cas, l’infection reste asymptomatique.

Table 8 : principales microsporidioses

Espèces Réservoir Contaminations Pathologies populations à risque Encephalitozoon cuniculi rongeurs, animaux domestiques inhalation, contact direct, aérosol hépatites, péritonites immunodéprimés Encephalitozoon

hellem perruches ? kératoconjonctivites immunodéprimés

Encephalitozoon intestinalis ? ingestion diarrhées chroniques, atteintes disseminées immunodéprimés Enterocytozoon bienusi porc, primates ingestion diarrhées chroniques immunodéprimés Nosema corneum insectes ? keratites nécrosantes immunodéprimés immunocompétents Eumycota

Les Eumycota, ce qui veut dire « vrais champignons », constituent une des lignées d'eucaryotes qui a connu le plus grand succès évolutif. C’est aussi une des plus connues du grand public (figure 108) car elle contient tous les gros champignons ou macromycètes que nous consommons, les levures que nous utilisons fréquemment en cuisine pour faire le pain et les brioches, ou bien que avons domestiqué pour produire des alcools tels que le vin et la bière, mais aussi la plupart des moisissures ou micromycètes qui transforment et pourrissent nos aliments ou les objets que nous fabriquons. C’est aussi dans ce groupe que se classent les champignons responsables des mycoses ou bien des pourritures et certains

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Encadré 13

Les Eumycota ont adopté au cours de leur évolution des styles de vie très variés. Les

saprotrophes (synonymes : saprobes ou saprophytes) se nourrissent de matières mortes.

Ils occupent une niche écologique importante, celle des recycleurs des matières organiques, le plus souvent d'origine végétale et difficiles à dégrader comme la cellulose ou la lignine. La majorité de cette activité se fait dans les sols des terres émergées qui concentrent la plus grande biomasse et diversité de ces champignons. Ils sont à la base de chaînes alimentaires secondaires variées qui débutent donc par des matières mortes (d'origine végétale en majorité) recyclées par ces champignons qui eux-mêmes sont mangés par des insectes, des myxomycètes, etc. L’apparition des champignons capables de dégrader efficacement la lignine (Basidiomycota de type pourritures brunes et blanches), il y a 300 million d’années, coïncide avec la fin des dépôts importants de charbon, suggérant une relation causale entre les deux.

Beaucoup d’Eumycota vivent en association avec des photo-autotrophes qui leur fournissent directement nutrition carbonée et/ou azotée. Certains vivent en association symbiotique avec des algues pour former les lichens (figure 46) pour lesquels plusieurs dizaines de milliers d'espèces sont répertoriées. Comme ces organismes ont beaucoup été étudiés par les botanistes, on considère que la quasi-totalité des morpho-espèces est actuellement décrite, ce qui n'est pas le cas des autres groupes trophiques. Les

phytopathogènes ont développé des modes de vie parasitaires. La grande majorité des

maladies des plantes cultivées et sauvages sont causées par des champignons Eumycota. Pour d'autres, les associations sont commensales ou mutualistes. Les endophytes vivent entièrement dans la plante. Les mycorhiziens développent au contraire un mycélium qui est en partie dans le sol et en partie dans la plante. Ils forment des structures spéciales avec les racines, les mycorhizes. Il en existe plusieurs types dont les deux plus importants sont les ecto- et les endomycorhizes. Dans tous les cas, le champignon vit dans le cortex de la racine sans qu’il ne traverse l’endoderme. La plante fournit des produits de la photosynthèse et le champignon apporte des sels minéraux, de l’azote, du phosphate. Il protège aussi de la dessiccation et des pathogènes qui pénètre par la racine.

cortex épiderme endoderme xylème phloème ectomycorhize endomycorhize hyphes fongiques hyphes fongiques réseau de Hartig manteau vésicules/arbuscules paroi membrane plasmique

Dans les ectomycorhizes, le champignon entoure la racine d’un manteau et s’insère entre les cellules du cortex pour former le réseau de Hartig, qui sera le lieu d’échange

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entre la plante et le champignon. Ce type de mycorhize est apparu tard au cours de l’évolution, mais comme elle se produit avec la majorité des arbres des forêts boréales, elle a un rôle très important dans les écosystèmes. Dans les endomycorhizes, le champignon pénètre la racine et traverse certaines parois cellulaires, mais sans pénétrer