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Mycotoxines et Qualité Sanitaire des Grains
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : céréale, champignon phytopathogène, fusarium, maïs
Question sociétale et finalité, contexte : protection des plantes
Démarche, discipline : biologie moléculaire, Phytopathology and phytopharmacy
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Objet d'étude : céréale, champignon phytopathogène, fusarium, maïs
Question sociétale et finalité, contexte : protection des plantes
Démarche, discipline : biologie moléculaire, Phytopathology and phytopharmacy
Composé chimique, Facteur du milieu : fumonisine, mycotoxine, trichothecene, zearalenone
Phénomène, processus et fonction : biosynthèse, régulation
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- Description détaillée :
Une des composantes de la qualité sanitaire des céréales repose sur la maîtrise du risque de Afficher la suite
Une des composantes de la qualité sanitaire des céréales repose sur la maîtrise du risque de contaminations en mycotoxines des grains. Celles-ci sont liées principalement à la présence d’espèces fongiques des genres Aspergillus, Penicillium et Fusarium. En Europe, les mycotoxines produites par Fusarium ou fusariotoxines (trichothécènes, Zéaralénone et fumonisines) sont au centre des préoccupations des filières céréales du fait de leur occurrence fréquente, leur toxicité aigüe et chronique et les conséquences économiques que leur présence engendre mais aussi parce qu’il n’existe à l’heure actuelle aucune stratégie de maîtrise totalement efficace certifiant le respect des limites réglementaires. Les fusariotoxines sont des molécules particulièrement stables, résistant aux procédés agro-alimentaires et se retrouvant dans les produits finis. La garantie de l’innocuité des produits céréaliers dépend essentiellement d’actions de prévention menées au champ en cours de culture des céréales. En France, les filières sont plus particulièrement concernées par les mycotoxines de la famille des trichothécènes de type B (TCTB) et depuis peu de type A (TCTA). La famille des TCTB est représentée par le Deoxynivalenol (DON) et ses dérivés. La filière maïs se trouve aussi épisodiquement confrontée à un problème de contamination par les fumonisines en plus du problème lié au DON. Le règlement européen 1881/2006 fixe des limites maximales en DON et fumonisines pour les céréales et produits dérivés destinés à l'alimentation humaine. Le respect des limites réglementaires est devenu une nouvelle condition d'accès au marché. Les répercussions économiques de la réglementation européenne sont considérables avec un reclassement vers d'autres débouchés moins lucratifs des lots non conformes.
La définition de stratégies de maîtrise des contaminations ne pourra être atteinte sans une connaissance approfondie des populations fusariennes toxinogènes, des mécanismes de production des fusariotoxines et sans l’identification précise des facteurs d’induction ou de répression de l’expression des voies de toxinogenèse. Ces facteurs peuvent être intrinsèques aux souches fusariennes ou liés aux paramètres environnementaux. Il est clairement établi que la plante hôte possède une influence considérable sur les niveaux de toxines produits. Le facteur variétal représente un des rares facteurs sur lequel l’homme peut intervenir.
Dans ce contexte, les axes de recherche de l’unité MycSA s’orientent autour de (1) la caractérisation de la diversité des souches fusariennes toxinogènes inféodées aux céréales françaises et de (2) l’analyse des mécanismes biochimiques et moléculaires de régulation de la production de fusariotoxines.
Les approches mises en oeuvre doivent apporter des éléments de réponses aux questions suivantes :
• Quels sont les principaux chémotypes et potentiels toxinogènes détenus par les espèces fusariennes inféodées aux céréales françaises ?
• Quels sont les circuits métaboliques et les mécanismes de régulation géniques qui modulent la toxinogénèse ?
• Quelle est la relation entre développement morphologique du pathogène et production de mycotoxines ?
• Quelle est la signification biologique associée à la production de fusariotoxines ?
Outils disponibles : Chaînes chromatographiques (CLHP/MS/MS, CHLP/DAD, CHLP/fluorimétrie), QPCR), accès plateforme métabolome-fluxome (IFR 103) et génome-transcriptome (INRA Pierroton)
Collaboration, transversalités, réseaux
Au niveau régional : rôle de coordination et animation de la fédération de recherche régionale "Qualité sanitaire des Aliments en Aquitaine" : Partenaires : Universités Bordeaux 1 et Bordeaux 2, UPPA (Pau), ISTAB et ENITA, Instituts techniques, entreprises.
Au niveau national : rôle de coordination dans le projet RARE fusariotoxines 2003-2007 (coordination scientifique générale et animation champ thématique) et rôle de coordination dans le RMT Quasaprove 2009-2012 (coordination scientifique générale et animation chantiers). Depuis 2008, rôle d’animation et de coordination du réseau INRA FUSATOX, soutenu par le département SPE, regroupant les partenaires académiques nationaux s’intéressant aux fusariotoxines et plus précisément à la genèse des contaminations (description en annexe). Coordinations projets ANR génoplante « Monimaize » (2008-2010)et ANR CES « DON&Co » (2011-2013).
Ces efforts de structuration ont permis d’identifier et construire des partenariats pertinents avec des acteurs du monde scientifique, instituts techniques et entreprises privées.
Partenariat scientifique : Interviennent essentiellement des pathologistes et épidémiologistes (UMR BIOGER 1290, UMR MSE 1229, UMR CNRS IBP 8618, UMR ESBS-strasbourg EIPC 7175, UMR GDEC 1094), des sélectionneurs (UMR DIAPC 759, UMR APBV 118), transformateurs (UMR IATE) et toxicologues (Pharmacologie et Toxicologie INRA Toulouse).
Instituts techniques : Arvalis-Institut du végétal, Cetiom, IFBM
Partenariat privé : Biogemma/Limagrain, Euralis, Monsanto, Syngenta, BayerCropSciences.
Au niveau international, collaborations avec C. Kistler (USDA, St Paul, USA), T. Ouellet (AAC, Canada), P. Nicholson (John Innes Center, UK), K. Hammond-Kosack (Rothamsted institute, UK), G. Kema (PRI - TNO Wageningen, NL), Q. Migheli (Université Sassari, Italie), M Reverberi (Université Sapienza, Italie).
Avancées les plus significatives 2006-2010:
1) Diversité des espèces fusariennes toxinogènes inféodées aux céréales (et maïs) françaises
- Mise en évidence et description de la diversité des chemotypes des souches de Fusarium productrices de trichothécènes et fumonisines inféodées aux céréales européennes.
- Construction d’une mycothèque (plus de 600 souches chémotypées) unique en Europe pour les données de production de toxines qu’elle contient.
- Définition et optimisation d’outils moléculaires de typage d’espèces voire de chémotypes, de quantification (Q-PCR Sybergreen et Taqman) des principales espèces.
- Analyse de l’impact d’évènements d’interaction entre souches toxinogènes sur le développement fongique et production de toxines.

2) Identification de facteurs à effet modulateur vis à vis des voies de toxinogenèse et étude des mécanismes moléculaires de régulation.
- Etablissement de cinétiques d’infection et de toxinogénèse in planta pour les deux espèces toxinogènes les plus fréquemment rencontrées : F. graminearum et F. verticillioides.
- Démonstration (in vitro, vis-à-vis des producteurs de Trichothécènes B) que les éléments du dialogue plante/champignon modulent les niveaux de toxines accumulées dans les grains, en partie via une régulation de l’expression de certains gènes des voies de biosynthèse (gènes Tri). Ces travaux ont apporté de nouveaux arguments quant au rôle de facteur d’agressivité attribué aux Trichothécènes B.
- Rôle des conditions redox du milieu environnant Fusarium :
* un stress oxydant (H2O2) stimule l’expression des gènes Tri, des conditions antioxydantes limitent cette expression. Cette réponse dépend du chémotype de la souche considérée. Identification de FgYAP1, un orthologue du facteur de transcription Yap1 de levure contrôlant l’homéostasie redox, suivi de son expression, construction de souches délétées ou surexprimant FgYAP1 pour confirmer son rôle.
* Identification de métabolites secondaires des plantes susceptibles de limiter l’accumulation de toxines dans les grains par une approche composé candidats (composés antioxydants) ou sans "a priori " (purification d’entités modulant la toxinogénèse à partir de tissus végétaux).
- Effets de changement de pH et en particulier mise en évidence de l’induction des gènes Tri suite à une acidification du milieu. L’approche moléculaire associée se concentre sur l’implication éventuelle du facteur de transcription PAC (FgPAC), facteur de transcription régulant l’homéostasie du pH. Une souche de Fusarium délétée pour FgPAC et une souche exprimant une forme mature constitutive ont été construites et sont en cours de caractérisation. En parallèle, l’étude du transcriptôme de ces deux mutants et de la souche sauvage a été réalisée.
- Effet de la lumière sur la production de trichothécènes, implication du complexe velvet.

En conclusion, l’activité conduite par l’unité MycSA sur la période 2006-2010 a permis :
- La structuration de la communauté scientifique nationale s’intéressant aux fusariotoxines.
- La description qualitative et quantitative des espèces fusariennes toxinogènes présentes au début des années 2000 sur les céréales françaises et l’obtention d’outils pour suivre l’évolution de ces espèces.
- La définition de la période de toxinogénèse in planta.
- La mise en évidence d’une interaction forte toxinogénèse/composition biochimique du grain et l’identification d’entités chimiques susceptibles d’intégrer des stratégies de sélection de variétés moins sensibles à l’accumulation de trichothécènes.
- L’acquisition des techniques d’analyse transcriptomique et génétique (mutants, transformants) permettant d’approcher les mécanismes moléculaires de régulation des voies de toxinogénèse.
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- Champs de rattachement :
 

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