Molecular mechanisms controlling mycotoxins biosynthesis by the micromycete fungus Fusarium graminearum

Fusarium graminearum est un champignon filamenteux qui parasite les plantes céréalières et le maïs et provoque la fusariose de l’épi. Durant l’infection, ce champignon produit des mycotoxines de la famille des trichothécènes qui s’accumulent dans les grains. Les processus de décontamination existants ne permettent pas d’éliminer complètement les trichothécènes. Ainsi, le meilleur moyen pour éviter leur accumulation dans les grains serait de pouvoir limiter leur occurrence au champ en contrôlant leur biosynthèse. Bien que la voie de biosynthèse des trichothécènes et les gènes Tri qui y sont impliqués soient bien décrits, les connaissances de base sur les mécanismes de régulation de ces gènes restent trop restreintes.Dans la première partie de ce travail, l’effet du pH sur la régulation des gènes Tri et la production de trichothécène a été étudié. En premier lieu, nous avons démontré que, in vitro, un pH acide joue le rôle d’inducteur alors qu’un pH neutre ou alcalin bloque l’expression des gènes Tri et la production de trichothécène. Ensuite, FgPac1, l’homologue du gène pacC/RIM101 codant le facteur de régulation par le pH chez les champignons a été identifié dans le génome de F. graminearum. A l’aide de souches recombinantes, nous avons démontré que la forme mature de ce facteur réprime l’expression des gènes Tri à pH acide et réduit la virulence du champignon lors de l’infection d’épis de blé. Enfin, le transcriptome de F. graminearum en réponse au pH et le rôle de Pac1 dans cette réponse a été analysé.Dans la deuxième partie de ce travail, le gène velvet sensible à la lumière, a été identifié chez F. graminearum. Ce gène constitue la composante clef d’un complexe qui coordonne la perception de la lumière avec le développement mais aussi avec le métabolisme secondaire chez les champignons. L’inactivation de FgVe1 chez F. graminearum nous a permis de démontrer son rôle dans le développement et la production de spores. Elle a montré aussi que ce gène est nécessaire pour permettre l’expression des gènes Tri, la production de trichothécène et la pathogénicité in planta.L’ensemble de ce travail permet de mieux comprendre la régulation de la production de trichothécène chez F. graminearum et ouvre des perspectives qui permettront sans doute, à long terme, d’élaborer des stratégies de lutte contre l’accumulation de trichothécène au champ.The filamentous fungus Fusarium graminearum infects cereals plants and corn and causes “Fusarium Head Blight”. During infection, it produces mycotoxins belonging to trichothecenes family which accumulate in the grains. The available decontamination processes do not fully eliminate the trichothecene. Hence, the best way to avoid their occurrence in the grains is to limit their accumulation in the field by controlling their biosynthesis. Although the Tri genes implicated in the trichothecene biosynthetic pathway are well described, the basic knowledge regarding their regulation is still too limited.In the first part of this work, the effect of the pH on Tri genes regulation and trichothecene production was studied. First, we demonstrated that, in vitro, acidic pH acts as an inducer while a neutral or alkaline pH blocks Tri genes expression and trichothecene production. Then, FgPac1, the homologue of the pacC/RIM101 gene encoding the fungal pH regulatory factor was identified. Using recombinant strains, we demonstrated that the mature form of this factor represses Tri gene expression at acidic pH and reduces virulence during infection of wheat spikes. Finally, we analyzed the transcriptome of F. graminearum in response to pH and investigated the role of Pac1 in this response.In the second part of this work, the light-responsive velvet gene was identified in F. graminearum. This gene is the key component of a complex coordinating light perception with development and secondary metabolism in fungi. The disruption of FgVe1 in F. graminearum demonstrated its role in development and spores production. It also showed that this gene is necessary for Tri gene expression, trichothecene production and pathogenicity in planta.Overall, this work allows a better understanding of trichothecene regulation in F. graminearum and provides novel perspectives to develop new strategies against trichothecene accumulation during cereal growing in the field

Molecular mechanisms controlling mycotoxins biosynthesis by the micromycete fungus Fusarium graminearum

Fusarium graminearum est un champignon filamenteux qui parasite les plantes céréalières et le maïs et provoque la fusariose de l’épi. Durant l’infection, ce champignon produit des mycotoxines de la famille des trichothécènes qui s’accumulent dans les grains. Les processus de décontamination existants ne permettent pas d’éliminer complètement les trichothécènes. Ainsi, le meilleur moyen pour éviter leur accumulation dans les grains serait de pouvoir limiter leur occurrence au champ en contrôlant leur biosynthèse. Bien que la voie de biosynthèse des trichothécènes et les gènes Tri qui y sont impliqués soient bien décrits, les connaissances de base sur les mécanismes de régulation de ces gènes restent trop restreintes.Dans la première partie de ce travail, l’effet du pH sur la régulation des gènes Tri et la production de trichothécène a été étudié. En premier lieu, nous avons démontré que, in vitro, un pH acide joue le rôle d’inducteur alors qu’un pH neutre ou alcalin bloque l’expression des gènes Tri et la production de trichothécène. Ensuite, FgPac1, l’homologue du gène pacC/RIM101 codant le facteur de régulation par le pH chez les champignons a été identifié dans le génome de F. graminearum. A l’aide de souches recombinantes, nous avons démontré que la forme mature de ce facteur réprime l’expression des gènes Tri à pH acide et réduit la virulence du champignon lors de l’infection d’épis de blé. Enfin, le transcriptome de F. graminearum en réponse au pH et le rôle de Pac1 dans cette réponse a été analysé.Dans la deuxième partie de ce travail, le gène velvet sensible à la lumière, a été identifié chez F. graminearum. Ce gène constitue la composante clef d’un complexe qui coordonne la perception de la lumière avec le développement mais aussi avec le métabolisme secondaire chez les champignons. L’inactivation de FgVe1 chez F. graminearum nous a permis de démontrer son rôle dans le développement et la production de spores. Elle a montré aussi que ce gène est nécessaire pour permettre l’expression des gènes Tri, la production de trichothécène et la pathogénicité in planta.L’ensemble de ce travail permet de mieux comprendre la régulation de la production de trichothécène chez F. graminearum et ouvre des perspectives qui permettront sans doute, à long terme, d’élaborer des stratégies de lutte contre l’accumulation de trichothécène au champ.The filamentous fungus Fusarium graminearum infects cereals plants and corn and causes “Fusarium Head Blight”. During infection, it produces mycotoxins belonging to trichothecenes family which accumulate in the grains. The available decontamination processes do not fully eliminate the trichothecene. Hence, the best way to avoid their occurrence in the grains is to limit their accumulation in the field by controlling their biosynthesis. Although the Tri genes implicated in the trichothecene biosynthetic pathway are well described, the basic knowledge regarding their regulation is still too limited.In the first part of this work, the effect of the pH on Tri genes regulation and trichothecene production was studied. First, we demonstrated that, in vitro, acidic pH acts as an inducer while a neutral or alkaline pH blocks Tri genes expression and trichothecene production. Then, FgPac1, the homologue of the pacC/RIM101 gene encoding the fungal pH regulatory factor was identified. Using recombinant strains, we demonstrated that the mature form of this factor represses Tri gene expression at acidic pH and reduces virulence during infection of wheat spikes. Finally, we analyzed the transcriptome of F. graminearum in response to pH and investigated the role of Pac1 in this response.In the second part of this work, the light-responsive velvet gene was identified in F. graminearum. This gene is the key component of a complex coordinating light perception with development and secondary metabolism in fungi. The disruption of FgVe1 in F. graminearum demonstrated its role in development and spores production. It also showed that this gene is necessary for Tri gene expression, trichothecene production and pathogenicity in planta.Overall, this work allows a better understanding of trichothecene regulation in F. graminearum and provides novel perspectives to develop new strategies against trichothecene accumulation during cereal growing in the field

Molecular mechanisms controlling mycotoxins biosynthesis by the micromycete fungus Fusarium graminearum

Fusarium graminearum est un champignon filamenteux qui parasite les plantes céréalières et le maïs et provoque la fusariose de l épi. Durant l infection, ce champignon produit des mycotoxines de la famille des trichothécènes qui s accumulent dans les grains. Les processus de décontamination existants ne permettent pas d éliminer complètement les trichothécènes. Ainsi, le meilleur moyen pour éviter leur accumulation dans les grains serait de pouvoir limiter leur occurrence au champ en contrôlant leur biosynthèse. Bien que la voie de biosynthèse des trichothécènes et les gènes Tri qui y sont impliqués soient bien décrits, les connaissances de base sur les mécanismes de régulation de ces gènes restent trop restreintes.Dans la première partie de ce travail, l effet du pH sur la régulation des gènes Tri et la production de trichothécène a été étudié. En premier lieu, nous avons démontré que, in vitro, un pH acide joue le rôle d inducteur alors qu un pH neutre ou alcalin bloque l expression des gènes Tri et la production de trichothécène. Ensuite, FgPac1, l homologue du gène pacC/RIM101 codant le facteur de régulation par le pH chez les champignons a été identifié dans le génome de F. graminearum. A l aide de souches recombinantes, nous avons démontré que la forme mature de ce facteur réprime l expression des gènes Tri à pH acide et réduit la virulence du champignon lors de l infection d épis de blé. Enfin, le transcriptome de F. graminearum en réponse au pH et le rôle de Pac1 dans cette réponse a été analysé.Dans la deuxième partie de ce travail, le gène velvet sensible à la lumière, a été identifié chez F. graminearum. Ce gène constitue la composante clef d un complexe qui coordonne la perception de la lumière avec le développement mais aussi avec le métabolisme secondaire chez les champignons. L inactivation de FgVe1 chez F. graminearum nous a permis de démontrer son rôle dans le développement et la production de spores. Elle a montré aussi que ce gène est nécessaire pour permettre l expression des gènes Tri, la production de trichothécène et la pathogénicité in planta.L ensemble de ce travail permet de mieux comprendre la régulation de la production de trichothécène chez F. graminearum et ouvre des perspectives qui permettront sans doute, à long terme, d élaborer des stratégies de lutte contre l accumulation de trichothécène au champ.The filamentous fungus Fusarium graminearum infects cereals plants and corn and causes Fusarium Head Blight . During infection, it produces mycotoxins belonging to trichothecenes family which accumulate in the grains. The available decontamination processes do not fully eliminate the trichothecene. Hence, the best way to avoid their occurrence in the grains is to limit their accumulation in the field by controlling their biosynthesis. Although the Tri genes implicated in the trichothecene biosynthetic pathway are well described, the basic knowledge regarding their regulation is still too limited.In the first part of this work, the effect of the pH on Tri genes regulation and trichothecene production was studied. First, we demonstrated that, in vitro, acidic pH acts as an inducer while a neutral or alkaline pH blocks Tri genes expression and trichothecene production. Then, FgPac1, the homologue of the pacC/RIM101 gene encoding the fungal pH regulatory factor was identified. Using recombinant strains, we demonstrated that the mature form of this factor represses Tri gene expression at acidic pH and reduces virulence during infection of wheat spikes. Finally, we analyzed the transcriptome of F. graminearum in response to pH and investigated the role of Pac1 in this response.In the second part of this work, the light-responsive velvet gene was identified in F. graminearum. This gene is the key component of a complex coordinating light perception with development and secondary metabolism in fungi. The disruption of FgVe1 in F. graminearum demonstrated its role in development and spores production. It also showed that this gene is necessary for Tri gene expression, trichothecene production and pathogenicity in planta.Overall, this work allows a better understanding of trichothecene regulation in F. graminearum and provides novel perspectives to develop new strategies against trichothecene accumulation during cereal growing in the field.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

ChIPseq in Yeast Species: From Chromatin Immunoprecipitation to High-Throughput Sequencing and Bioinformatics Data Analyses.

International audienceChromatin immunoprecipitation (ChIP) followed by high-throughput sequencing (ChIPseq) is a powerful technique for the genome-wide location of protein DNA-binding sites. The ChIP experiment consists in treating living cells with a cross-linking agent to bind proteins to their DNA substrates. After fragmentation of DNA, specific fractions associated with a particular protein of interest are purified by immunoaffinity. They are next sequenced and identified on the reference genome using dedicated bioinformatics programs. Several technical aspects are important to obtain high-quality ChIPseq results. This includes the quality of antibodies, the sequencing protocols, the use of accurate controls and the careful choice of bioinformatics tools. We present here a general protocol to perform ChIPseq analyses in yeast species. This protocol has been optimized to identify target genes of specific transcription factors but can be used for any other DNA binding proteins

The pH regulatory factor Pac1 regulates Tri gene expression and trichothecene production in Fusarium graminearum

International audienceFungi manage the adaptation to extra-cellular pH through the PacC transcription factor, a key component of the pH regulatory system. PacC regulates the production of various secondary metabolites in filamentous fungi. In the important cereal pathogen Fusarium graminearum, the production of trichothecene is induced only under acidic pH conditions. Here, we examined the role of the PacC homologue from F. graminearum, FgPac1, on the regulation of trichothecene production. An FgΔPac1 deletion mutant was constructed in F. graminearum which showed a reduced development under neutral and alkaline pH, increased sensitivity to H2O2 and an earlier Tri gene induction and toxin accumulation at acidic pH. A strain expressing the FgPac1c constitutively active form of Pac1 exhibited a strongly repressed Tri gene expression and reduced toxin accumulation at acidic pH. These results demonstrate that Pac1 negatively regulates Tri gene expression and toxin production in F. graminearum

Caractérisation de l’activité antifongique de biomolécules d’origine végétale sur les champignons mycotoxinogènes Aspergillus westerdijkiae et Fusarium graminearum

National audienc

Yap5 Competes With Hap4 for the Regulation of Iron Homeostasis Genes in the Human Pathogen Candida glabrata

International audienceThe CCAAT-binding complex (CBC) is a conserved heterotrimeric transcription factor which, in fungi, requires additional regulatory subunits to act on transcription. In the pathogenic yeast Candida glabrata, CBC has a dual role. Together with the Hap4 regulatory subunit, it activates the expression of genes involved in respiration upon growth with non-fermentable carbon sources, while its association with the Yap5 regulatory subunit is required for the activation of iron tolerance genes in response to iron excess. In the present work, we investigated further the interplay between CBC, Hap4 and Yap5. We showed that Yap5 regulation requires a specific Yap Response Element in the promoter of its target gene GRX4 and that the presence of Yap5 considerably strengthens the binding of CBC to the promoters of iron tolerance genes. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and transcriptome experiments showed that Hap4 can also bind these promoters but has no impact on the expression of those genes when Yap5 is present. In the absence of Yap5 however, GRX4 is constitutively regulated by Hap4, similarly to the genes involved in respiration. Our results suggest that the distinction between the two types of CBC targets in C. glabrata is mainly due to the dependency of Yap5 for very specific DNA sequences and to the competition between Hap4 and Yap5 at the promoter of the iron tolerance genes

An Acidic pH is a determinant factor for TRI genes expression and trichothecenes B biosynthesis in Fusarium graminearum

International audienceReducing production of trichothecene B by Fusarium graminearum on cereals is necessary to avoid contamination leading to yields reduction and having harmful impacts on human and animal health. Understanding how trichothecenes biosynthesis is induced is essential. Effect of ambient pH on fungal growth, toxin biosynthesis and TRI genes expression was studied during in vitro liquid culture of F. graminearum on minimal medium. Fungal development stopped at day 3 after a sharp pH drop in the medium. At the same time, induction of TRI genes expression was observed and toxin started to accumulate one day later. Acidification seems a determinant factor for induction, as neither the toxin nor the TRI genes were detected when the pH is maintained neutral. Shifting from neutral to acidic pH by mycelium transfer induced TRI genes expression and toxin accumulation. The regulation of toxin production by the ambient pH seemed to be specific to some TRI genes since TRI5, located in the core FgTRI5 cluster, showed an immediate induction while TRI101, located elsewhere in the genome, showed a more progressive response. The regulation of trichothecenes biosynthesis by the ambient pH seems to be a general mechanism, independent from strains or chemotype as all tested strains, including F. graminearum and F. culmorum species, showed a regulation of toxin production in response to the ambient pH. We conclude that in vitro, external acidification is required for induction of TRI genes expression

bPeaks: a bioinformatics tool to detect transcription factor binding sites from ChIPseq data in yeasts and other organisms with small genomes

International audienc

bPeaks - a solution to perform ChIP-seq peak detection in yeast: application to the analyses of the evolution of the YAP family of stress response transcription factors in Candida glabrata

26th International Conference on Yeast Genetics and Molecular Biology, Frankfurt Main, GERMANY, AUG 29-SEP 03, 2013International audienceno abstrac