CRYPTOGAMIE

Mycologie

ANCIENNE REVUE DE MYCOLOGIE

Fondée par R. Heim en 1936

Directeur scientifique: Mme J. Nicot

Secrétaire de Rédaction: M. Bruno Dennetière

Editeur: A.D.A.C. - 12 rue Buffon F-75005 Paris

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Guesdes, F-31062 Toulouse Cedex) - Systématique: P. Joly (Laboratoire de Cryptogamie, Muséum

National d'Histoire Naturelle, 12 rue Buffon, F-75005 Paris) - Physiologie: G. Manachère

(Laboratoire de Mycologie, Université de Lyon I, 43 bd du 11 Novembre 1918, F-69622

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Cryptogamie, Muséum National d' Histoire Naturelle, 12 rue Buffon, F-75005 Paris)

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MANUSCRITS

Les manuscrits doivent être adressés directement à un membre du Bureau de Rédaction, choisi pour

sa spécialité. Le Bureau peut demander l'avis d’un lecteur méme s'il n'appartient pas au Comité de

Lecture, Bien qu’étant une revue de langue française, les articles rédigés en anglais, allemand, italien

et espagnol sont acceptés. Les disquettes de micro-ordinateurs (IBM, IBM compatible et MacIntosh)

sont vivement souhaitées. Les recommandations aux auteurs sont publiées dans le fascicule 1 de

chaque tome. Les auteurs recevront 25 tirés-à-part gratuits; les exemplaires supplémentaires seront à

leur charge.

TARIFS DES ABONNEMENTS Tome 17, 1996

CRYPTOGAMIE comprend trois sections: Algologie, Bryologie-Lichénologie, Mycologie

Pour une section: France: (350 F ht) 357,35 F tte Étranger: 380,00 F

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CRYPTOGAMIE, Mycologie est indexé par Biological Abstracts, Current Contents, Geo Abstracts,

GEOBASE, Publications bibliographiques du CNRS (Pascal).

Source : MNHN, Paris

CRYPTOGAMIE

MYCOLOGIE

TOME 16 FASCICULE 3 1995

CONTENTS

M.A. SELOSSE and Е. LE TACON - Mutualistic associations between

phototrophs and fungi: their diversity and role in land colonisation.

A. CORREA, S. REBUFFAT, B. BODO, M.-F. ROQUEBERT, J. DUPONT and

L. BETTUCCI - In vitro inhibitory activity of trichorzianines on

Sclerotium rolfsii Sac.

V. PEREZ, À. M. MAMDOUH, J.-C. HUET, J.-C. PERNOLLET апі С.

BOMPEIX - Enhanced secretion of elicitins by Phytophthora ы

exposed to phosphonate.

E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.-M. BETBEDER - Ochratoxines and

toxicological consequences.

S.M. MOHAWED, S.Ll ABDEL-HAFAZ, A.M. MOHARRAM апі Ү.А.

GHERBAWY - Mycoflora of hair, feather and flooring materials under

cows and chickens at Qena, Egypt.

Bibliography

з 3001 С

141

185

191

195

223

237

Bibliothéque Centrale Muséum

WII

Source : MNHN, Paris

268:

Source : MNHN. Paris

Cryptogamie, Mycol., 1995, 16 (3): 141-183 141

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES

ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES:

LEUR DIVERSITE ET LEUR RÓLE DANS

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE

M.-A. SELOSSE" et F. LE TACON

INRA Centre de Nancy

Laboratoire de Microbiologie Forestière, Forêt d'Amance

F-54280 Champenoux France

RESUME,

L'évolution des phototrophes comporte l'émergence répétée d'associations mutualistes avec les

champignons:

les Cyanophytes forment de nombreux lichens; les Rhodophytes établissent de rares mycophycobio-

ses (associations macroalgue + champignon) les Chromophytes (Xantophytes, Phéophytes) forment

des mycophycobioses et de rares lichens; les Chlorophytes et les Archégoniates, qui en descendent,

interagissent de façon récurrente avec des partenaires fongiques, formant lichens, mycophycobioses,

mycothalles, mycorhizomes, mycophylles et mycorhizes.

Les groupes de champignons impliqués dans ces associations sont

-les Glomales, groupe biotrophe d'affinité systématique discutée (Zygomycètes ?), formant notam-

ment les endomycorhizes à vésicules et arbuscules. Ils sont connus comme biotrophes dès le Paléo-

zoique et pratiquement inchangés depuis lors, probablement en raison de la stabilité de leur niche

écologique;

- des champignons supérieurs: Ascomycetes, chez qui le mutualisme pourrait étre ancestral (lichens),

et Basidiomycètes dans l'évolution desquels le mutualisme émerge plus récemment, probablement à

plusieurs reprises après le Crétacé, au sein de groupes de parasites ou de saprophytes.

Ces interactions sont quasi systématiques dans les groupes phototrophes qui ont conquis le milieu

terrestre. Elles permettent en effet l'adaptation à ce milieu. D'une part en cumulant au sein de l'asso-

ciation les capacités absorptives du partenaire fongique (mycobionte) et les capacités photosynthéti-

ques du phototrophe (photobionte). D'autre part en favorisant des innovations évoluti-

ves, morphologiques, au niveau du partenaire externe (mycobionte des lichens, photobionte pluricel-

lulaire) en relation avec l'optimisation de l'exploitation des ressources, et biochimiques (acides

lichéniques, phytoalexines...) en relation avec la protection contre les agents abiotiques (ultra-violets,

éléments toxiques,...) ou biotiques du milieu.

Les associations réalisées ont eu un plus ou moins grand succès évolutif en milieu terrestre:

- les microalgues sont probablement sorties des eaux à l'état non-mutualiste et sont devenues secon-

dairement mutualistes en formant des lichens. Les lichens, qui n'ont pas été, sous leur forme actuelle,

les premiers colonisateurs du milieu terrestre, ont aujourd'hui un grand rôle pionnier- mais leur

potentialités évolutives sont limitées par les faibles potentialités morphogénétiques des faux-tissus du

mycobionte;

(1) M.-A. Selosse effectue une formation complémentaire par la recherche dans le cadre de l'Ecole

Nationale du Génie Rural, des Eaux et Foréts.

Source : MNHN, Paris

142 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

les potentialités biochimiques des macroalgues sont certainement limitantes dans le cas des myco-

phycobioses actuelles, mais des mycophycobioses à Chlorophytes ont pu être à l'origine des Arché-

goniates;

Pie caractère mutualiste semble ancestral parmi les végétaux terrestres pluricellulaires et parenchy-

mateux (Archégoniates) et est connu dès le Dévonien. Le caractère non-mutualiste aurait été acquis

Secondairement par certains Archégoniates. On distingue: les mycothalles des Hépatophytes et des

Anthocérotophytes, groupes dont l'évolution a pu être limitée par les modalités de reproduction et Ia

ploïdie du photobionte; les Bryophytes non mutualistes, dont la stratégie poikilohydrique, ajoutée à

leur ploidie, limite les potentialités évolutives; les mycothalles, mycorhizomes et mycorhizes des

Trachéophytes, qui, avec d'autres types d'associations plus ou moins systémiques acquises plus

récemment, permettent à ces végétaux d'adopter une stratégie homéohydrique dans des milieux très

divers, quelles qu'en soient les ressources minérales.

SUMMARY

Evolution of phototrophs shows repeated emergence of mutualistic associations with fungi:

Cyanophyta are involved in lichens; Rhodophyta form some mycophycobiosis (associations between

macroalga and fungus); Chromophyta (Xanthophyta, Phaeophyta) form some mycophycobiosis and

are involved in some lichens; Chlorophyta and their terrestrial descendants (Archegoniata)

repeatedly interacted with fungi during their evolution, leading to lichens, mycophycobiosis,

mycothallus, mycorhizomes, mycophyllas and mycorrhizas.

Fungi mutualists with phototrophs belong to:

- Glomales, a group of biotrophic fungi of uncertain systematic position (Zygomycotina ?), e.g. for-

ming vesicular-arbuscular mycorrhizas. They have been recognized as biotrophs since Palaeozoic

time; they have little changed since then probably by reason of the stability of the living medium

they occupy.

-higher fungi: Ascomycotina whose mutualism may be ancestral (lichens) and Basidiomycotina

Whose mutualism may have arisen at multiple times after the Cretaceous, from saprotrophic and

parasitic groups.

Those mutualistic associations are widespread in phototrophic groups inhabiting land ecosystems.

They contribute to adaptation to terrestrial life by combining absorbing abilities of the fungus

(mycobiont)and photosynthesising abilities of the phototrophs (photobiont); and also allowing

evolutionary novelties: at the morphological level, the external symbiont (mycobiont in lichens,

multicellular photobiont) may evolve to optimise exploitation of the medium, and at the biochemical

level (lichen products, phytoalexins, etc.), to protect the association against both abiotic (ultraviolet

rays, toxic substances, etc.) and biotic stresses.

Those associations had more or less evolutionary success in land colonisation:

microalgae were probably non-mutualistic as they colonized emerged areas; they became secon-

darily mutualistic in lichens, Lichens involving higher fungi, as we know today, were not the first

land inhabitants, but are pioneers in current ecosystems. Evolutionary novelties in this group were

limited by the low morphogenetical ability of the fungal stroma;

“biochemical ability of macroalgae was probably limiting for current development of mycophy-

cobiosis: however, Archegoniata may have arisen from a mycophycobiosis involving Chlorophyta,

< mutualism in terrestrial, multicellular and parenchymatous plants (Archegoniata) seems to be

ancestral and occurred during Devonian, Non-mutualistic way of life in some Archegoniata seems to

be secondary. We distinguish: mycothallus of Hepatophyta and Anthocerotophyta, whose evolution

was limited by the reproduction and ploidy of the photobiont; non-mutualistic Bryophyta, whose

poikilohydric strategy and ploidy limited the diversification; mycothallus, mycorhizomes,

mycorrhizas and other more systemic associations of Tracheophyta enable those plants to adopt a

homeohydric strategy and to colonize various places with different mineral resources.

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 143

INTRODUCTION

La colonisation des terres émergées par des organismes phototrophes, c'est-à-

dire capables de photosynthèse, remonte au Précambrien (Horodyski et Knauth, 1994),

mais elle n'implique alors que des unicellulaires, probablement procaryotes. Il faut

attendre le Silurien, il y a 400 Ma (Boureau et al., 1978, Pratt et al., 1978, Edwards &

Fanning, 1985) pour trouver une flore terrestre au sens actuel, constituée de végétaux

pluricellulaires, quoique des traces de végétation vasculaire aient été suggérées dès

l'Ordovicien supérieur (vers - 470 Ma; Gray, 1985; Taylor & Taylor, 1993). Des struc-

tures caractéristiques, comme des stomates ou des cuticules, sont considérées comme le

témoignage d'une vie semi-terrestre dés cette époque (voir l'échelle stratigraphique,

tableau 4). Outre les problèmes liés à la reproduction en milieu aérien, que nous ne

traiterons pas ici, le passage à la vie terrestre a exigé de nombreuses adaptations de

l'appareil végétatif, le milieu terrestre est en effet très hostile pour un organisme aqua-

tique.

Comme le souligne Jeffrey (1962), à propos du problème de la sortie des eaux:

"la sélection est opportuniste et ne peut planifier l'avenir; les pressions de sélection

agissent au travers du phénotype du moment en modifiant le futur génotype. Les adap-

tations nécessaires à la vie en milieu terrestre ont dá avoir une valeur sélective dans

l'environnement du moment où vivaient les phénotypes aquatiques originels". Le pro-

blème posé est celui de l'adaptation au milieu terrestre: or, si l'on observe attentivement

les phototrophes vivant en milieu terrestre actuellement, on observe que la plupart

d'entre eux appartiennent en réalité à une association mutualiste impliquant un parte-

naire fongique. L'universalité du mutualisme phototrophes-champignons est-elle une

simple coïncidence ?

Le rôle évolutif du mutualisme’, association symbiotique étroite et à bénéfice

mutuel entre deux organismes, a longtemps été négligé: il a pourtant été majeur, tant

dans l'évolution de la cellule eucaryote (Margulis, 1993) que dans la diversification des

organismes pluricellulaires (Le Tacon & Selosse, 1994). Le mutualisme permet d'effec-

tuer un saut macroévolutif: des entités génétiques nouvelles formées par l'addition de

deux génomes pré-existants peuvent "court-circuiter" le temps nécessaire à l'un des

deux partenaires pour acquérir les potentialités de l'autre par sa propre évolution, et font

apparaître quasi-instantanément de nouvelles propriétés inhérentes à l'association. La

robustesse physiologique de certaines associations les rend capables de vivre et d'occu-

per des niches écologiques qu'aucun partenaire, pris séparément, ne tolérerait. A ce

titre, bien des associations mutualistes ont un rôle pionnier.

Le mutualisme phototrophes-champignons est caractéristique du milieu terres-

tre, car il ne se retrouve guère en milieu aquatique, et disparaît assez fréquemment lors

du retour au milieu aquatique de végétaux aériens (bien qu'il puisse parfois persister,

Khan & Belik, 1995). Nous proposons qu'il ait été la clef de la réussite des phototro-

phes en milieu terrestre. Cette hypothése a fréquemment été émise pour les Archégo-

niates dans la littérature anglo-saxonne (Jeffrey, 1962; Pirozynski & Malloch, 1975;

Pirozynski, 1981; Malloch er al., 1980 notamment). Nous nous proposons de montrer

(1) Dans cet article, nous considérons "symbiose" dans son acception anglo-saxonne, qui recouvre le

mutualisme (association à bénéfice mutuel) et le parasitisme (bénéfice unilatéral).

Source : MNHN, Paris

144 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

que cette hypothèse s'étend largement à tous les phototrophes vivant en milieu terrestre,

ou à la frontière entre milieu terrestre et milieu aquatique.

Nous analyserons donc ces associations mutualistes, en mettant en relief leurs

adaptations à la vie en milieu terrestre et en étudiant leur ancienneté paléontologique,

afin d'établir leur rôle dans la colonisation du milieu terrestre. Commençons par rappe-

ler les problèmes posés par cette colonisation, et les réponses potentielles du mutua-

lisme phototrophes-champignons.

COMMENT SORTIR DES EAUX ?

Difficultés liées à la vie végétative en milieu terrestre

Pendant une longue période, depuis -3500 Ma, la vie évolue uniquement en

milieu aquatique et principalement marin. Dans ces conditions, l'alimentation minérale

des cellules ne présente pas de difficultés particulières. Tous les éléments minéraux

sont à l'état dissous et peuvent pénétrer de manière active où passive à l'intérieur de la

cellule. Les flux sont contrôlés par le plasmalemme, limite entre le milieu extérieur et

le cytoplasme, mais il n'y à jamais réellement de barrière à ce niveau. Lorsqu'un élé-

ment est absorbé, sa concentration extérieure aux abords du plasmalemme est quasi

immédiatement rétablie par simple diffusion à partir du milieu ambiant.

Les phototrophes, lorsqu'ils ont commencé à coloniser les terres émergées, ont

dû résoudre plusieurs problèmes:

Le premier est celui de leur alimentation en eau. Dans les milieux terrestres,

la disponibilité en eau est faible et présente des variations très importantes, avec des

phases de quasi absence. De plus, le milieu terrestre est à l'interface entre un substrat

lithique, et un milieu aérien pourvoyeur de photons et de gaz en grande quantité. Si gaz

(oxygène et gaz carbonique) et lumière sont plus disponibles qu'en milieu aquatique,

l'interface avec un milieu gazeux présente pour les végétaux l'inconvénient d'être déssè-

chant et nécessite la mise en place d'un système de contrôle.

Le second est celui de leur alimentation minérale. Dans les sols, et plus

encore sur les matériaux primitifs non évolués, certains éléments minéraux sont essen-

tiellement présents sous forme de complexes insolubles dans l'eau et par conséquent

peu accessibles: c'est le cas du phosphore, présent sous forme de phosphates peu solu-

bles. De plus, il n'existe pas d'azote minéral dans les roches, qu'elles soient ignées,

métamorphiques ou sédimentaires. Les procaryotes qui peuplaient les roches émergées

avaient probablement initié un cycle de l'azote rudimentaire et peu intense. Aussi, avant

l'apparition de sols riches en matière organique et de micro-organismes recycleurs, la

source azotée majeure était l'azote atmosphérique N,. Celui-ci n’est pas accessible aux

eucaryotes, chez qui aucun dispositif non mutualiste de fixation de l'azote n'est connu.

Localement, sur les rivages, la minéralisation des restes organiques marins (laisses)

peut constituer un apport d'azote.

D'autre part la lumière atmosphérique est plus riche en ultraviolets que la

lumière filtrée par l'eau. La sortie de l'eau a donc nécessité la mise en place de méca-

nismes photoprotecteurs efficaces.

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 145

Le milieu terrestre est beaucoup moins tamponné thermiquement que le

milieu aquatique et se caractérise par des écarts de température rapides et de grande

amplitude.

Observons maintenant en quoi l'émergence de l'association phototrophe-cham-

pignon permet de répondre à ces contraintes. Les avantages adaptatifs de telles associa-

tions tiennent bien sûr à l'addition des capacités des deux partenaires, mais aussi à la

mise en place de capacités propres à l'association. C'est dans ces trois types de poten-

tialités que réside l'adaptation au milieu terrestre de l'association.

Le partenaire phototrophe (photobionte)

Le phototrophe (Cyanophyte ou Algue eucaryote, tableau 1) optimise déjà, en

milieu aquatique, les échanges gazeux et la collecte de photons, qui exigent une maxi-

misation de la surface d'échange. Il peut donc exploiter les ressources atmosphériques

du milieu terrestre. Des phototrophes procaryotiques, peu différenciés, ont d'ailleurs

colonisé le milieu terrestre dés le Précambrien (Horodyski & Knauth, 1994), occupant

les interstices du milieu lithique - comme certaines cyanobactéries ou certaines algues

unicellulaires eucaryotes actuellement.

Mais cette première tentative de sortie des eaux n'a pas débouché sur l'émer-

gence de plans d'organisation nouveaux et n'a donc pas eu de suite évolutive. Ce sont

des organismes pluricellulaires, plus ou moins différenciés, qui dominent actuellement

la flore terrestre. Ceux-ci sont en réalité mutualistes (le phototrophe est alors appelé

photobionte, ou "phycobionte" par les lichénologues), et organisés soit par les faux

tissus du champignon (cas des lichens), soit par les parenchymes du photobionte s'il est

pluricellulaire (cas des Archégoniates). L'existence de parenchymes offre en effet des

potentialités morphogénétiques qui rendent possible une complexification morphologi-

que, et notamment, la création d'organes plus particulièrement dévolus aux échanges

avec le sol ou avec l'atmosphère. Certains auteurs ont proposé que les ancêtres des

Archégoniates aient été des algues unicellulaires terrestres, mieux adaptées à la vie en

conditions hostiles (Stebbins & Hill, 1980). Ces auteurs postulent que l'acquisition

ultérieure de l'état pluricellulaire ait pu être, précisement, une adaptation au milieu

terrestre. L'association avec un partenaire fongique aurait pu jouer un rôle lors de la

transition vers l'état pluricellulaire, dans un second temps donc. Tout laisse néanmoins

supposer que les ancêtres des Archégoniates étaient déjà pluricellulaires, auquel cas

l'association pourrait avoir été contemporaine de la sortie des eaux.

Le partenaire fongique (mycobionte)

Les partenaires sont de deux types: les uns se rattachent aux champignons su-

périeurs et possèdent des hyphes septés (Ascomycètes ou Basidiomycètes et leurs for-

mes imparfaites); les autres ont des hyphes non septés: ce sont les Glomales, dont près

de 200 espèces ont été décrites (Trappe, 1982). Les Glomales semblent rattachés aux

Zygomycètes: présence de zygospores chez les Endogonaceae, présence de chitine dans

la paroi (Weijman & Meuzelaar, 1979). Toutefois, ce rattachement est discuté par

certains auteurs (voir l'analyse de Pirozynski et Malloch 1975 et Pirozynski et Dalpé

1989) qui rapportent au moins certaines espèces d'endomycorhiziens aux Oomycètes,

d'affinités évolutives différentes des champignons vrais (Cavalier-Smith, 1987). La

Source : MNHN, Paris

146 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

TABLEAU 1: Organismes phototrophes établissant des relations mutualistes avec des champignons

dans la flore actuelle (= mycobiontes).

NOMENCLATURE RETENUE SYNONYME MYConIONTES(

PROCARYOTES

Cyanophytes(D. Cyanobactéries, ou S, (NS)

Cyanophycées

EUCARYOTES

Rhodophytes D Algues rouges $

Chromophytes

Phéophytes Algues brunes s

Xanthophytes Algues vert-jaune s

Chiorophytes( D Algues vertes s

Archégoniates Embryophytes

Hepatophytes(2) Hépatiques SNS

Anthocérotophytes(2) Anthocérotes NS

Psilophytes 24 Psilotes S, NS

Lycophytes(3)4) Lycopodes et Sélaginelles S, NS

Sphénophytes Prêles S, NS

Filicophytes Fougéres S, NS

Préspermaphytes 4) Plantes à pré-graines NS

Spermaphytes Plantes à graines

Chlamydospermes Pl. à sac ovulé S, NS

Gymnospermes Coniferes S, NS

Angiospermes Plantes à fleurs S.NS

(0) Partenaires fongiques décrits à ce jour: NS, partenaires à hyphes non septés; S, partenaires à

hyphes septés (Ascomycètes ou Basidiomycètes).

(1) Algues au sens large.

(2) appartiennent aux Bryophytes, sens large (= Atrachaeta de certains auteurs - dans le texte, Bryo-

phyte, utilisé au sens strict, désigne les mousses)

(3) Ptéridophytes.

(4) Trachéophytes (végétaux vasculaires).

discussion du monophylétisme et de l'appartenance systématique des Glomales sort du

cadre de cette revue. D'ailleurs, tant par leur morphologie que par leur place dans les

écosystèmes, les Oomycètes se rapprochent assez des champignons vrais pour qu'en

première approximation, nous ne les distinguions pas dans notre propos. Des Oomycè-

tes du genre Pythium ont d'ailleurs été indentifiés comme mycobiontes (Hepden, 1960;

Carré & Harrisson, 1961). L'analyse des fossiles ne permettra pas de trancher sur la

systématique des structures fongiques observées. C'est pourquoi nous avons choisi de

parler évasivement de "champignons non septés" (Zygomycètes et Oomycètes), par

opposition aux champignons septés (Ascomycètes, Basidiomycètes et leurs formes

imparfaites).

Les champignons présentent une adaptation à la vie en milieu terrestre qui est

complémentaire de celle des phototrophes. Ils sont absorbotrophes et réalisent donc une

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 147

maximisation du volume exploré, bien adaptée à l'exploitation des ressources édaphi-

ques:

- Ils peuvent développer des surfaces de contact très importantes par simple

prolifération des hyphes. La forme filamenteuse, plus que la forme parenchymateuse,

est adaptée à l'exploration de grands volumes de substrats. Harley (1989) l'illustre par

un simple calcul: en supposant qu'un hyphe a un rayon 100 fois plus petit qu'une radi-

celle, son rapport surface / volume est 100 fois plus grand. En d'autre termes, il faut

100 fois moins de matériel biologique pour créer la même surface d'absorption

- Les champignons augmentent leurs capacités d'exploration du milieu par la

production d'exoenzymes.

- Les hyphes ont d'autre part la capacité d'excréter dans le milieu extérieur des

quantités importantes de protons qui désorganisent les réseaux cristallins (Lapeyrie et

al., 1991), Les éléments minéraux sont ainsi libérés des réseaux cristallins et passent de

la forme insoluble à la forme soluble. De plus, la plupart des champignons excréte dans

le milieu extérieur de grandes quantités d'acides organiques, et en particulier de l'acide

oxalique (Lapeyrie, 1988, 1990). L'acide oxalique est un puissant chélatant qui piège

les cations comme le calcium, libérant ainsi le phosphate.

- Enfin, les champignons possèdent aussi des formes de résistance à la séche-

Tesse comme les spores ou les sclérotes. Actuellement, ils sont capables de vivre dans

des conditions extrêmes d'aridité (Staley er al., 1982), mais au prix d'une croissance

très lente,

ll faut évoquer ici la thèse soutenue par certains auteurs, selon laquelle les

champignons étaient primitivement pourvus de plastes et autotrophes (Church, 1921 a,

b; Cain, 1972). Ils seraient sortis de l'eau à l'état autotrophe et auraient ensuite perdu

leurs plastes. Cette théorie évoque celle d'une communauté d'origine entre les Ascomy-

cètes et les Rhodophytes, qui s'appuie sur des ressemblances dans les cycles de déve-

loppement et des particularités cytologiques (Denisson & Carroll, 1966; Kohlmeyer,

1975; Chadefaud, 1972; Demoulin, 1974, 1985; Eriksson, 1981). Bien que

l'individualisation des groupes de champignons au sein des Eucaryotes se produise

après l'apparition des plastes (Knoll, 1992), il semble plus probable d'envisager un

ancêtre commun hétérotrophe entre les champignons et les Choanoflagellés (Cavalier-

Smith, 1987; Wainright et al, 1993). Il faut peut-être faire une exception pour les

Oomycètes (Cavalier-Smith, 1987), qui pourraient dériver de Chromophytes.

Aucun document fossile ne corrobore les spéculations sur l'autotrophie des

premiers champignons, plus probablement biotrophes ou saprotrophes (Stubbelfield &

Taylor, 1988; Pirozynski & Dalpé, 1989; Taylor, 1990, 1993; Remy et al., 1994). No-

tons d'ailleurs que l'hétérotrophie des champignons en fait d'excellents recycleurs pour

les premiers écosystèmes terrestres (bien que des bactéries puissent aussi avoir assuré

ce rôle) et les pousse naturellement à établir des relations (même parasitaires) avec les

producteurs primaires que sont les phototrophes. Selon Harley (1989), un quart des

champignons septés connus est mutualiste.

L'association mutualiste

Dans l'association, le mycobionte assure la nutrition minérale et hydrique tandis

que le photobionte assure l'apport d'énergie lié à la photosynthèse (fixation de carbone,

Source : MNHN, Paris

148 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

voire d'azote). L'augmentation de la capacité ("fitness") des partenaires ne résulte pas

seulement d'échanges trophiques: l'interposition du mycobionte entre le sol et le pho-

tobionte permettra par exemple de limiter les effets de toxicité du substrat (comme dans

le cas des mycorhizes - Lapeyrie, 1988, Bradley et al., 1981) et la présence du myco-

bionte au sein du photobionte pourra en réduire le broutage par les herbivores (Caroll,

1988) ou favoriser les transferts. Enfin, les partenaires exercent l'un sur l'autre des

actions modificatrices, notamment au niveau morphologique. Nous évoquerons ulté-

rieurement ce point à propos de différents exemples.

D'autres possibilités émergent aussi, propres à l'association: un exemple actuel

est la synthése d'acides lichéniques par les lichens (Hawksworth, 1988a; Ahmadjian,

1992), produits par le métabolisme fongique exclusivement en présence de l'algue (pour

les rôles de ces substances dans l'augmentation de la capacité ("fitness") de l'associa-

tion, voir l'analyse de Lawrey, 1986). De méme, les phytoalexines, antifongiques des

Trachéophytes dont la production est notamment élicitée par la présence du mycobionte

(Volpin er al., 1994), pourraient avoir eu un rôle dans la photoprotection au cours des

étapes précoces de la sortie des eaux. Il est frappant de constater que les phytoalexines

induites de nos jours chez les végétaux supérieurs par les champignons et les ultravio-

lets courts sont souvent identiques (Ensminger, 1993). Tant par leur structure aromati-

que que par leurs fonctions, acides lichéniques et phytoalexines sont des composés

semblables, produits du mutualisme. Plus généralement, les réactions des plantes

actuelles aux stress paraissent assez peu variables en fonction du type de stress, bioti-

que ou physique. La présence d'un mycobionte peut donc induire un état de stress per-

manent et non-spécifique. Cet état a pu favoriser un changement de niche écologique

(par exemple, la sortie des eaux), les partenaires étant ainsi "prémunis" contre toutes les

aggressions du nouveau milieu.

Nous allons examiner les diverses stratégies qui ont été utilisées par différents

groupes de phototrophes pour coloniser le milieu terrestre. Pour chacun d'entre eux, (1)

nous montrerons que l'association avec des mycobiontes est fréquente, voire géné-

rale, et (2) nous en étudierons l'ancienneté paléontologique (tableau 4). En premier

lieu, nous nous intéresserons aux algues actuelles, en distinguant les microalgues

(algues unicellulaire ou filamenteuses, mais toutes microscopiques) et les macroalgues

(algues macroscopiques, souvent pseudo-parenchymateuses).

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE PAR LES MICROALGUES:

LES LICHENS

Microalgues et lichens ont un róle pionnier dans les processus de colonisation

actuels

Les algues microscopiques ou microalgues, eucaryotes (Chlorophytes) ou pro-

caryotes (Cyanophytes) , peuvent s'adapter avec succés à la vie en milieu terrestre,

(1.) Par commodité, nous considérerons les Cyanophytes comme des microalgues: cette acception,

discutable, se justifie par le rôle similaire des Algues eucaryotes et des Cyanophytes au sein des

associations avec les champignons.

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 149

méme sur substrat lithique (Stebbins et Hill, 1980). Pourtant, ce ne sont pas ces formes

qui dominent aujourd'hui sur les substrats vierges, mais les lichens, associations mu-

tualistes d'une microalgue et d'un mycobionte. Le plus souvent, les algues impliquées

existent aussi à l'état aposymbiotique (toutes les Cyanophytes concernées, la plupart des

Chlorophytes: Hawksworth, 1988a, Tschermak-Woess, 1988). Au sein des lichens, les

algues voient leur morphologie ou leur taille varier. Les formes filamenteuses devien-

nent souvent unicellulaires, et c'est le stroma fongique qui détermine la morphologie de

l'association, sauf, peut-être, dans le cas de thalles homéomères. Des contacts se met-

tent ainsi en place (Honegger, 1993 - voir tableau 2).

TABLEAU 2: Comparaison des associations mutualistes réalisées avec un partenaire fongique par

les microalgues (lichens), les macroalgues (mycophycobioses) et les Archégoniates ("mycorhizes"

mycothalles, mycorhizomes et mycorhizes au sens strict).

LICHENS MYCOPHYCOBIOSES | MYCORHIZES

PHOTOBIONTES | unicellulaires ou pluricellulaires et pluricellulaires et

filamenteux pseudoparenchymateux | parenchymateux

stériles fertiles fertiles

Cyanophytes (Rhodophytes) Archégoniates

Chlorophytes Chlorophytes (tous sauf les

(Chromophytes) Chromophytes Bryophytes)

Ascomycètes Ascomycètes Ascomycètes

MYCOBIONTES … | (Basidiomycètes) Basidiomycetes

((Zygomycétes)) Glomales (et

Oomycètes ?)

inter- et parfois intra- | intercellulaires stricts | inter- evou intra-

cellulaires (sucoirs) cellulaires

HABITANT fongique algal aérien: photobionte

EXTERNE souterrain: variable

MILIEUX terrestres où zone intertidale strictement terrestres

COLONISÉS subaquatiques

MÉTABOLISME | échange de polyols — | échange d'oses (?) échange d'oses

échange réciproque | échange réciproque de | échange réciproque de

de vitamines vitamines vitamines,

hormones

acides lichéniques phytoalexines

REPRODUCTION | asexuée et conjointe | sexuée et disjointe sexuée et disjointe

(reproduction sexuée (sexualité régressée

du champignon) chez les Glomales)

Actuellement les lichens comptent parmi les principaux colonisateurs des zones

inter- et supra-tidale, c'est-à-dire de l'interface entre le milieu terrestre et le milieu

marin, et les premiers colonisateurs des matériaux éruptifs nouvellement produits. En

raison de leur état mutualiste, les lichens sont particulièrement bien adaptés à ces mi-

lieux relativement hostiles (Topham, 1977). Cette association est la seule qui puisse

survivre là où les autres végétaux terrestres atteignent leurs limites physiologiques. On

retouve ainsi les lichens dans la toundra où températures extrêmes et fortes amplitudes

Source : MNHN, Paris

150 M.-A. SELOSSE et F.LE TACON

thermiques sont particulièrement limitantes. De ce point de vue, les communautés

cryptendolithiques sont intéressantes. Elles vivent entre les cristaux de roches nues et

translucides, dans les déserts froids de l'Antarctique (Friedmann, 1982) et sont consti-

tuées d'algues et de champignons plus ou moins étroitement associés en lichens. Selon

Friedmann, ces communautés ne sont pas primitives mais "hautement adaptées": elles

prouvent néanmoins que des associations champignons-algues peuvent réussir dans un

milieu purement minéral et des conditions trophiques et physiques défavorables, alors

que chacun des partenaires, pris isolément ne peut y parvenir.

Les lichens furent-ils, sous leur forme actuelle, les premiers colonisateurs du

milieu terrestre ?

Les rochers nus représentent certainement un milieu proche de ceux qui ont été

primitivement colonisés. Doit-on pour autant considérer, avec certains auteurs, pour qui

les formes lichénisées sont ancestrales (Eriksson, 1981; Retallack, 1981; Hawkworth,

1990 par exemple), que les lichens ont compté parmi les premiers colonisateurs du

milieu terrestre ? Intéressons-nous à la nature et à l'ancienneté de chacun des consti-

tuants. Le mycobionte est le plus souvent un Ascomycéte. Environ 2% des lichens

impliquent des Basidiomycètes, Agaricales ou Aphyllophorales, mais ceux-ci n'ont pas

de réle colonisateur. Dans 10% des lichens, le photobionte est une Cyanophyte; dans

85% des cas, c'est une Chlorophyte et dans 5% des cas, les deux types de photobiontes

sont simultanément présents au sein du lichen (Gartner, 1992). Ce dernier cas, appelé

cyanotrophie, peut étre facultatif ou obligatoire pour le mycobionte (Poelt & Mayrho-

fer, 1988). On connaît aussi des Verrucaria lichénisant une Xanthophyte

(Heterococcus) ou une Phéophyte (Pteroderma) (Ahmadjian, 1967; Tschermak-Woess,

1988; Gártner, 1992).

La diversité des groupes phototrophes incriminés suggere le polyphylétisme des

lichens. Quant au mycobionte, l'acquisition de l'état mutualiste semble avoir eu lieu à

plusieurs reprises - au moins par deux fois au sein des Ascomycètes et par trois fois au

sein des Basidiomycétes, si l'on en croit la phylogénie moléculaire basée sur l'ADN

ribosomal (Gargas et al., 1995). Les lichens sont donc polyphylétiques (Lewis, 1987;

Kendrick, 1991). Mais à quelle époque remontent les premiers lichens à Chlorophytes

ou à Cyanophytes ?

Les groupes d'autotrophes formant des lichens, Chlorophytes et Cyanophytes,

existent dés le Cambrien (Knoll, 1992; Conway Morris & Robinson, 1988). Le groupe.

des Ascomycétes est attesté au Carbonifére (Pirozynski, 1976; Stubbelfield & Taylor,

1988), ce qui est cohérent avec les données des horloges moléculaires. Berbee et Taylor

(1993) envisagent l'existence d'un ancétre commun aux Septomycétes il y a 400 Ma, au

Silurien tardif. Les filaments septés d'affinité incertaine décrits dès le Silurien (Pratt et

al., 1978) pourraient être attribués à des fossiles d'ancêtres des Septomycétes, mais sans

grande certitude. Les témoignages paléontologiques d'ascomycètes du Silurien

(Sherwood-Pike er al., 1985) et du Dévonien (Krassilov, 1981) nous paraissent trop

isolés pour suggérer une origine antécarbonifère des Ascomycètes, donc des Ascoli-

chens. C'est aussi l'avis de Berbee et Taylor (1992). Aucun fossile de lichen n'est en fait

connu avant le Cénozoïque, hormis l'unique fossile précambrien attribué à un lichen,

Thuchomyces (Hallbauer et al., 1977), qui a été mis en doute (voir l'analyse de Taylor

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 151

et Taylor, 1993). Hawkworth (1988b) propose une apparition permo-triasique des li-

chens (190-280 Ma). Lewis (1987) et Sipman (1983) avancent des arguments indirects

en ce sens. Il n'est donc pas exclu que des lichens aient colonisé le milieu terrestre dès

la fin du Paléozoïque.

Cet évènement a peut-être eu un grand rôle dans l'émergence et la sortie des

eaux des Ascomycétes, au sein desquels certaines formes lichénisés appartiennent aux

groupes les plus archaïques (Hawksworth, 1988b). Eriksson (1981) considère par

exemple que l'origine des Ascomycètes serait à rechercher parmi des algues devenues

hétérotrophes et au sein de thalle gélatineux de Cyanophytes, en une association rappe-

lant les actuelles Collemataceae. Nous serions tenté de reprendre cette image (hormis

lorigine algale, sur laquelle nous avons déjà émis des réserves): la fréquence des

lichens à Cyanophytes en zone intertidale (Lichinaceae, par exemple) pourrait dériver

de ces associations primitives. Bien que non pourvues d'horloge moléculaire, les don-

nées de Gargas et al. (1995) suggèrent une apparition tardive de l'état lichénisé dans la

radiation des Septomycètes. Une origine lichénisée des Ascomycètes semble de toute

façon postérieure à la colonisation du milieu terrestre, et les lichens ne furent pas, sous

leur forme actuelle, les premiers colonisateurs.

D'hypothétiques lichens primitifs furent-ils parmi les premiers colonisateurs ?

On ne peut évidemment réfuter complètement l'hypothèse que des formes liché-

noïdes primitives, dont le mycobionte aurait été non septé (voire un champignon septé

ancestral), aient réalisé une première colonisation dont aucun fossile indubitable ne

nous serait connu. L'autotrophie pour l'azote des lichens à Cyanophytes aurait été un

atout dans le milieu terrestre primitif.

Les champignons non septés sont en effet décrits dès avant le Paléozoïque.

Quelle considération accorder à ces fossiles ? Les fossiles des formations marines du

Gunflint (Canada, il y a environ -2000 Ma) présentent des associations d'algues et de

filaments, rapportés par certains auteurs à des champignons non septés (Tyler & Bar-

ghoorn, 1954; Barghoorn & Tyler, 1965). Des confusions avec des procaryotes filamen-

teux ne sont pas exclues; de plus, la radiation des Eucaryotes semble un peu plus

tardive (-1000 Ma, Knoll, 1992) que ces fossiles. L'horloge moléculaire de Berbee et

Taylor (1993) contredit d'ailleurs l'existence de champignons précambriens. Les cham-

pignons non septés décrits en milieu marin au Précambrien tardif (Schopf & Barghoorn,

1969; Schopf, 1970; Schopf er al., 1973; Tiffney & Barghoorn, 1974) et au Cambrien

inférieur (dans des formations récifales: Kobluk & James, 1979), sont plus plausibles

mais restent entachés des mêmes doutes (Schopf et al, 1973), et ne paraissent pas

mutualistes. Les champignons non septés semblent pourtant exister avant le Silurien

(-395 Ma - Stubbelfield & Taylor, 1988; Pirozynski & Dalpé, 1989; Taylor, 1990,

1993b), et donc avant la sortie des eaux. Ils seraient terrestres dés le Silurien (Pratt er

al., 1978), mais rien ne prouve leur état mutualiste à cette époque.

Les dépôts terrestres précambriens, où existent déjà des autotrophes probable-

ment procaryotes (Rettallack, 1981; Horodyski & Knauth, 1994), ne présentent pas

d'associations évoquant ces lichens primitifs. C'est donc que les microalgues seraient

sorties à l'état aposymbiotique des eaux, et que l'état lichénisé est secondaire pour elles

- même s'il est ancestral pour les Ascomycètes. Il ne faut pas pour autant négliger l'im-

Source : MNHN, Paris

152 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

portance de la lichénisation dans l'extension de la colonisation du milieu terrestre par

les microalgues, Si l'on ne peut rigoureusement exclure que des lichens primitifs aient

existé avant le Silurien, c'est que leur fossilisation, surtout s'ils furent terrestres, a pu

être difficile.

Il existe néanmoins une association actuelle, habituée des terrains pauvres

colonisés par des Bryophytes, qui peut évoquer ces lichens primitifs car le mycobionte

n'est pas septé. Le Zygomycète Geosiphon pyriforme s'associe avec des Cyanophytes du

genre Nostoc (Mollenhauer, 1992; Mollenhauer & Kluge, 1994). Les algues vivent dans

des vésicules formées par le champignon, à l'intérieur du cytoplasme; c'est donc une

endosymbiose. L'association fixe le carbone (Kluge er al., 1991) et l'azote (Kluge et al.,

1992). Il semble que le mycobionte appartiene au genre Glomus, d'après des études de

microscopie électronique (Schüssler et al., 1994) et des arguments moléculaires (M.

Kluge, communication personnelle). Des tentatives d'infection mycorhiziennes avec

Geosiphon pyriforme sont en cours (M. Kluge, communication personnelle) afin de

vérifier cette observation, qui étendrait encore le spectre d'hôte des Glomales.

Eventuellement, le mycobionte primitif non septé des lichens primitifs aurait

été progressivement remplacé par des Ascomycètes au cours de l'évolution, donnant

naissance aux lichens actuels. Un processus semblable paraît être intervenu chez les

Spermaphytes, dans l'émergence des ectomycorhizes au sein de groupes à endomy-

corhizes vésiculo-arbusculaires (VA, voir plus bas). Mais l'existence de tels lichens

reste spéculative.

Les lichens, réussite écologique et impasse évolutive

Si les lichens ont l'autonomie nécessaire à coloniser le milieu terrestre, ils ne

sont que le premier pas vers la mise en place de véritables écosystèmes terrestres. Ils

sont impliqués dans un début de pédogénèse, mais ne persistent que dans des conditions

physico-chimiques (température, salinité, sécheresse, vent, pentes fortes...) où la pédo-

génèse est limitée. Sinon, la succession végétale se poursuit et ils sont remplacés par

d'autres végétaux. S'ils ont été les premiers colonisateurs, ce qui n'est pas certain, ils

n'ont représentés qu'un aspect ou qu'une phase de la sortie des eaux. D'ailleurs, des

communautés microbiennes terrestres, dont on ne connait pas la nature, ont probable-

ment favorisé la sortie des eaux des Archégoniates (Rettallack, 1981; Wright, 1985).

L'adaptation des lichens à leurs conditions de vie est optimale, mais leur évolu-

tion morphologique reste limitée. Certes, les Ascomycétes lichénisants ont de grandes

capacités morphogénétiques par rapport aux non-lichénisants (Honegger, 1991, 1993),

ce qui illustre bien les effets modificateurs avantageux du mutualisme. Mais les thalles

obtenus demeurent peu spécialisés, peu régionalisés et de relativement petite taille. Le

phycobionte ne développe pas de parenchymes, et l'association ne dépasse pas les plans

d'organisation thallophytiques. Ceci condamne les lichens à une stratégie uniquement

poïkilohydrique, inefficace sur substrat évolué. Les Archégoniates ont en revanche un

potentiel évolutif plus grand, du point de vue de la morphologie et de la spécialisation:

les parenchymes ont plus de potentialités que les faux-tissus fongiques et permettent

d'envisager l'homéohydrie.

Les lichens, sous leur forme actuelle, résultent d'une sortie des eaux tardive et

indépendante de celle des Archégoniates, bien adaptée à des milieux dépourvus de sols.

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 153

Avant d'aborder les Archégoniates, nous allons insister sur l'existence actuelle d'asso-

ciation entre algues pluricellulaires (encore appelées macroalgues) et champignons.

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE PAR LES MACROALGUES:

LES MYCOPHYCOBIOSES

Les mycobiontes des macroalgues

A côté des microalgues existent aussi des algues pluricellulaires (appartenant

aux Rhodophytes, aux Phéophytes et aux Chlorophytes). Ces macroalgues sont aquati-

ques, mais certaines peuvent tolérer plus ou moins temporairement la vie émergée.

Dans la zone intertidale se rencontrent actuellement des macroalgues résistant bien à

l'émersion et aux conditions thermiques, hygrométriques et photoniques propres au

milieu terrestre. De façon intéressante, certaines d'entre elles possèdent un mycobionte.

La mycologie marine est une science en plein essor (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979;

Kohlmeyer & Volkmann-Kohlmeyer, 1991) et quelques ascomycètes sont considérés

comme mutualistes de macroalgues.

L'association intertidale ayant donné lieu aux plus nombreuses études physio-

logiques est l'association d'Ascophyllum nodosum (Phéophyte) et de l'ascomycète

Mycosphaerella ascophylli (Kingham & Evans, 1986). Le mycobionte ne pénètre ja-

mais les cellules (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1972), peut être cultivé in vitro et utilise

les polysaccharides et la biotine de l'algue (Fries, 1979, 1980). Celle-ci peut, quant à

elle, être cultivée axéniquement in vitro: sa croissance n'est pas accrue par des extraits

de milieu de culture du champignon (Fries, 1988). Pourtant, après la première année de

croissance, tous les thalles d'A. nodosum observés dans la nature sont colonisés

(Webber, 1967), et leur morphologie ne diffère pas de celle obtenue en conditions

axéniques. De plus, les ascocarpes du champignon sont formés le plus souvent dans les

réceptacles de l'hôte (voir cependant Garbary et Gautam, 1989), ce qui implique une

synchronisation des cycles de développement.

Remarquablement, le même endophyte se trouve dans une autre Phéophyte,

Pelvetia canaliculata, qui est la Phéophyte la plus élevée de la zone intertidale. D'autres

macroalgues de la zone intertidale sont également associées à des ascomycètes: Phéo-

phytes (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979; Kohlmeyer & Demoulin, 1981), Chlorophytes

(Prasiola, Blidingia, Cladophora... - Brodo, 1976; Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979;

Schatz, 1980) ainsi qu'une Rhodophyte (Apophlaeae sp. et Mycosphaerella apophlaeae,

Hawkes, 1983; Kohlmeyer & Hawkes, 1983); de telles associations existeraient aussi en

eau douce (Lemanea sp., Rhodophyte, avec Phaespora lemaneae, Hawksworth, 1987).

Peu étudiées, ces associations sont apparues de façon polyphylétique puisqu'elles se

rencontrent dans différents groupes d'algues. Elles font intervenir des champignons

septés appartenant à des genres connus par ailleurs sur la terre ferme - donc, secondai-

rement aquatiques. On notera également (Kohlmeyer & Volkmann-Kohlmeyer, 1991)

que certains champignons marins ou intertidaux sont associés à des cyanophytes seules

(genre Lichina, par exemple) ou à des cyanophytes et des macroalgues simultanément

(Leiophloea pelvetiae, lichen à cyanophyte, sur Pelvetia canaliculata, Pharcidia rha-

chiana sur Laminaria digitata - Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979).

Source : MNHN, Paris

154 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

Mycophycobioses, morphogénése et vie terrestre

A l'inverse des lichens vrais (morphologie du mycobionte, photobionte unicellu-

laire privé de multiplication sexuée), ces associations ont la morphologie du photo-

bionte, macroalgue pluricellaire qui reste fertile. L'association paraît moins intégrée

que les lichens. Il n'y a pas de reproduction asexuée conjointe ni d'équivalent connu des

acides lichéniques. Cette situation, plus proche de celle des végétaux terrestres my-

corhizés, conduit Kohlmeyer & Kohlmeyer (1972) à proposer le terme de mycophyco-

bioses pour désigner cette association (tableau 2). Sa régularité, et le fait que le cham-

pignon n'entraîne aucune altération morphologique de l'algue, font postuler un mutua-

lisme rudimentaire (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979; Hawksworth, 1988b), voire un

parasitisme "sans symptômes" (Lewis, 1973).

Certaines mycophycobioses montrent toutefois des altérations morphologiques

de l'algue: ceci ne doit toutefois pas être considéré comme la preuve de leur nature

parasitaire. Le critère de l'absence de modification morphologique ne caractérise pas le

parasitisme, bien au contraire ! L'innovation morphologique est l'une des potentialités

que l'association peut conférer aux partenaires (Pirozynski & Hawksworth, 1988); elle

s'ajoute aux potentialités évolutives qu'offrent les pseudo-parenchymes de la macro-

algue. Turgidosculum complicatum (=Mastodia tessellata), endophyte de Prasiola

borealis et P. tesselata (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979), induit une modification mor-

phologique importante de cette algue (Brodo, 1976). Le thalle, habituellement

mouostromatique, est divisé en lobules qui se développent chacun monostromatique-

ment dans un plan propre; l'algue paraît alors épaisse et pseudo-parenchymateuse.

L'anatomie de l'association évoque assez celle d'un lichen, mais les lichénologues ne la

considèrent pas pour autant comme lichénique (Ahmadjian, 1967).

L'apport du champignon à l'algue n'est pas évident, d'autant plus que l'associa-

tion ne paraît pas nécessaire in vitro (Fries, 1988). Le mycobionte pourrait être associé

à une diminution du broutage par les herbivores (Cubit cité par Caroll, 1988), ou avoir

un rôle de transfert au sein du thalle algal (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979). Il est

frappant de noter que la plupart des mycophycobioses sont situées dans la zone interti-

dale, voire très haut dans celle-ci (cas de Pelvetia canaliculata). Le mycobionte pour-

rait donc intervenir dans la tolérance à l'émersion (Kohlmeyer & Kohlmeyer, 1979;

Pirozynski & Hawksworth, 1988; Kendrick, 1991). Des changements dans le métabo-

lisme des polyols (attesté chez P. canaliculata en présence de M. ascophylli par exem-

ple - Kingham & Evans, 1986) pourraient favoriser la résistance aux stress osmotiques

induits par la dessiccation ou le gel lors de l'émersion.

Les mycophycobioses primitives: hypothèses sur la nature des partenaires.

On a pu envisager qu'une telle association, permettant à un phototrophe aquati-

que pseudo-parenchymateux de tolérer l'émersion ait été à l'origine de la colonisation

du milieu terrestre par les Archégoniates (Jeffrey, 1962). Si les Archégoniates dérivent

d'une mycophycobiose, peut-on en préciser les partenaires ?

Les études, morphologiques, biochimiques et moléculaires (Frederick et al.,

1973; Mishler & Churchill, 1985; Raven, 1987; Taylor, 1988; Manhart & Palmer,

1990) suggèrent un ancêtre des Archégoniates parmi les Chlorophytes, proche des

Charophycées, notamment des Charales. Ces algues possèdent des oogones protégés,

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 155

qui peuvent être à l'origine de l'archégone des Archégoniates. Par ailleurs, elles possè-

dent l'équipement enzymatique permettant la désamination des acides aminés aromati-

ques (phénylalanine ammonia-lyase). La double liaison formée lors de cette élimination

permet d'absorber plus efficacement les ultraviolets néfastes (voie des phytoalexines,

notamment).

On peut donc, en simplifiant, assimiler l'origine des végétaux terrestres à la

sortie des eaux d'une (monophylétisme) ou plusieurs (paraphylétisme) Charophycée(s).

Selon Graham er al. (1991), la sortie des eaux des Archégoniates serait plutôt

monophylétique; ceci n'exclue bien sûr pas que de nombreuses tentatives, indépendan-

tes phylogénétiquement mais sans descendance, aient pu avoir lieu à l'origine. Les

Chlorophytes pluricellulaires (Conway Morris & Robinson, 1988; Knoll, 1992; Taylor

& Taylor, 1993) sont différenciées dés le début du Paléozoique, c'est-à-dire suffisam-

ment tót pour permettre la sortie des eaux des Archégoniates au Silurien supérieur. A.

cette époque, les Charophycées existent (Kidston & Lang, 1921; Edwards & Lyon,

1983).

Par ailleurs les mycobiontes associés aux phototrophes actuels sont non septés

(Glomales) dans prés de 8096 des cas. Un mycobionte raisonnable lors de la sortie des

eaux serait donc non septé. Or, comme nous l'avons déjà évoqué, les champignons non

septés existent dès avant le Silurien. Sur la base d'hyphes, de vésicules ou de chlamydo-

spores, d'autres auteurs retrouvent d'ailleurs le genre Glomus au Paléozoique (Taylor,

19933), ce qui est cohérent avec l'horloge moléculaire de Berbee et Taylor, 1993. Dans

une analyse critique poussée, Pirozynski et Dalpé (1989) acceptent les fossiles décrits à

partir du Dévonien (-395 Ma). D'autres observations, plus anciennes, seraient suspectes

de contamination par du matériel moderne lors de l'extraction. Ancétres potentiels des

Archégoniates et des Glomales ont donc pu interagir au Silurien en une structure proche

des mycophycobioses.

Les mycophycobioses actuelles évoquent de possibles associations primitives

Quel lien y a-t-il entre ces mycophycobioses supposées et les mycophycobioses

actuelles ? Les mycophycobioses actuelles ne présentent pas le mycobionte non septé

postulé pour les associations primitives. Pourtant, comme l'observe Pirozynski (1981),

les Endogonaceae sont présents en milieu marin, où ils s'associent notamment avec des

bivalves (Anomia simplex par exemple). Il faut donc supposer que ces associations

primitives, au fort potentiel évolutif, aient évolué sans laisser aucune descendance

directe, ou que d'éventuels descendants non modifiés de celles-ci aient été remplacés

dans leurs niches originelles par des associations à ascomycètes, formées plus tardive-

ment (indépendamment ou par substitution du partenaire non septé par un ascomycète).

D'ailleurs, un évènement d'extinction en masse aussi violent que la crise permo-triasi-

que, qui marque la fin du Paléozoïque, a probablement fait disparaître les formes de

transition vers le milieu terrestre: 90% de la faune sessile du littoral fut décimée par

cette crise, qui entraina de grandes régressions marines (Erwin, 1994).

Le mycobionte des mycophycobioses n'a pas le rôle nutritionnel postulé pour la

conquête du milieu terrestre. Mais, même si l'on se refuse à considérer les mycophy-

cobioses comme mutualistes (le genre Mycosphaerella comporte par ailleurs des

espèces terrestres phytoparasites), elles montrent que l'association stable d'un champi-

Source : MNHN, Paris

156 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

gnon et d'une macroalgue est possible, ouvrant la voie à une évolution commune. Le

mycobionte pourra alors acquérir un rôle dans la nutrition du photobionte. Cette évolu-

tion, et la conquête des milieux émergés, sont certainement limitées pour les mycophy-

cobioses actuelles par l'équipement pigmentaire du photobionte (photosynthèse et

photoprotection). Tout au moins les mycophycobioses actuelles évoquent-elles ce qu'on

pu être ces associations primitives.

L'étude des fossiles des premiers végétaux terrestres montre-t-elle une origine

mutualiste des Archégoniates, et permet-elle de retrouver des mycophycobioses fossi-

les ?

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE PAR LES PREMIERS

VEGETAUX TERRESTRES PLURICELLULAIRES

La sortie des eaux: un tableau paléontologique flou

Les premiers végétaux terrestres pluricellulaires connus par des fossiles appa-

raissent au Silurien (vers -400 Ma, Pratt et al., 1978), voire au plus tôt à l'Ordovicien

supérieur, si l'on en croit les fragments de cuticules et spores datés de -470 Ma (Gray,

1985; Taylor & Taylor, 1993). Ces fossiles sont difficilement interprétables, car ils ne

peuvent être rattachés sans controverse à des groupes actuels. L'exemple du genre Pro-

tosalvinia, végétal non vasculaire du Dévonien (Gray & Boucaut, 1979), attribué selon

les auteurs aux Ptéridophytes, aux Bryophytes, aux Rhodophytes ou aux Phéophytes,

est révélateur. Par leur morphologie, ces premiers végétaux terrestres rappellent des

algues ou des Hépatophytes (Gray, 1985; Taylor, 1988; Edwards et al., 1995), sans

qu'une affiliation aux Hépatophytes modernes soit plausible (Krassilov & Schuster,

1983): ces tentatives n'ont pas de descendance actuelle évidente. Plusieurs tentatives de

sortie des eaux, indépendantes phylogénétiquement, pourraient avoir eu lieu: de méme,

actuellement, lichens et mycophycobioses font intervenir plusieurs groupes d'algues et

sont donc polyphylétiques du point de vue du phycobionte. Il est donc difficile d'avoir

une interprétation consensuelle des données paléontologiques.

Certains fossiles de végétaux primitifs font intervenir des structures évoquant

des hyphes, mais cette interprétation est souvent discutable. En effet, si les parois fon-

giques peuvent étre bien préservées, des confusions sont possibles avec des structures

filamenteuses non fongiques ou des artéfacts de fossilisation: c'est le cas de certaines

structures endocellulaires interprétées comme des endomycorhizes (Cridland, 1962). De

plus, il est difficile de conclure sur la nature des échanges physiologiques, mutualistes,

parasitistes, ou méme saprophytiques post-mortem, qui s'opéraient dans les structures

observées. L'intégrité des tissus de l'hôte, attestant la biotrophie, est d'une observation

délicate.

La radiation des mycobiontes non septés actuels serait contemporaine de la sortie

des eaux

Outre l'ancienneté des fossiles rapportés aux Glomales évoquée plus haut, plu-

sieurs indices laissent à penser que le mutualisme de type endomycorhizien est ancien.

Comme nous le verrons plus loin, de nombreux végétaux terrestres sont actuellement

Source - MNHN. Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 157

associés à des Glomales, alors qu'ils appartiennent à des familles éloignées les unes des

autres; la répartition géographique universelle des champignons endomycorhiziens

suggère que ces associations se sont mise en place avant la fragmentation de la Pangée

(vers -150 Ma - Pirozynski, 1981). L'ancienneté de ce mutualisme est également suggé-

rée par la biotrophie obligatoire. La culture in vitro est en effet actuellement impossible

et la sexualité des Glomales est très réduite, voire absente. Les Glomales constituent

donc probablement un groupe de "fossiles vivants", protégés dans la niche écologique

très stable que représente l'endophytisme.

Cette ancienneté serait contemporaine de l'apparition des végétaux terrestres.

Un autre argument en ce sens a été récemment fourni par la comparaison des gènes

ribosomaux des Glomales, et de la datation des divergences entre les principales fa-

milles à l'aide d'une horloge moléculaire (Simon er al., 1993). Si les Acaulosporaceae

et les Gigasporaceae divergent des Glomaceae à la fin du Paléozoique, l'ensemble des

Glomales se sépare des zygomycétes non endomycorhiziens entre -460 et -355 Ma,

c'est-à-dire, à l'époque de la sortie des eaux (Silurien): nous évoquerons plus loin les

travaux paléontologiques de Remy er al. (1994) qui soutiennent cette assertion. Ce

résultat est cohérent avec ceux de l'horloge de Berbee et Taylor (1993), qui datent la

divergence entre Glomales et Septomycètes à -490 Ma environ (Ordovicien). Ceci

indiquerait une radiation conjointe des végétaux terrestres et de leurs mycobiontes

actuels. Plus encore, c'est peut-être de cette association qu'auraient émergé les Septo-

mycètes, Citons Berbee & Taylor (1993): "il n'est pas impossible que la radiation des

champignons vrais trouve son origine dans des groupes de champignons d'eaux douces

associés à des algues vertes, voisins des chytridiens". Ces données sont à prendre avec

précaution: l'étalonnement de l'horloge moléculaire est toujours délicat, et rien ne per-

met d'affirmer la nature des relations qui unissaient les ancêtres des Glomales aux

premiers végétaux terrestres. Taylor et Taylor (1993) discutent d'ailleurs le mutualisme.

Néanmoins, la radiation conjointe est cohérente avec notre hypothèse. Les données

paléontologiques ajoutent-elles des arguments à ces observations ? Nous analyserons

successivement le cas des macrophytes fossiles non vasculaires, puis vasculaires.

Les premiers macrophytes terrestres non vasculaires ne montrent aucun

mutualisme indiscutable

Les Nématophytes, structures thalloïdes terrestres du Silurien, d'affinité systé-

matique discutée, sont surtout connues par des fragments. Ces végétaux ont pu être

interprétés comme des structures mixtes, le partenaire fongique y étant représenté par

des structures allongées et tubulaires (Pirozynski & Malloch, 1975). Une nature mutua-

liste pourrait être suggérée pour les fossiles de Nématophytes, dont Prototaxites

(=Nematophycus), végétal non vasculaire de la flore de Rhynie, en raison de la présence

en leur sein de structures filamenteuses dotées de curieux septa (Schmid, 1976; Stub-

belfield & Taylor, 1988). Burgess et Edwards (1988) notent dans leur description du

genre voisin Nematasketum "la ressemblance superficielle de (ces) systèmes filamen-

teux apparemment fusionnés avec les agrégations hautement organisées d'hyphes fongi-

ques dans les lichens et de filaments dans les algues brunes". Des structures filamenteu-

ses isolées sont souvent observées, semblables aux structures médullaires des Némato-

phytes, au Silurien (Taylor, 1988; Taylor & Taylor, 1993).

Source : MNHN, Paris

158 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

De telles structures ne nous paraissent pas nécessairement caractéristiques de

champignons, car des cellules semblables à des hyphes sont connues chez des macroal-

gues actuelles: Rhodophytes, Chlorophytes (Codiales), Phéophytes (Fucales,

Laminariales). De telles analogies, invoquées pour appuyer le lien évolutif entre algues

et champignons (Kohlmeyer, 1975; Chadefaud, 1972; Demoulin, 1974, 1985), peuvent

aussi résulter de convergences évolutives. L'existence de mycophycobioses parmi les

premiers végétaux terrestres ne nous paraît donc pas prouvée de façon indiscutable. Au

Silurien supérieur, Parka, algue verte proche des actuels Coleochaete (Taylor & Taylor,

1993), est une forme intermédiaire probable dans la sortie des eaux, mais ne montre

aucun mycobionte. Pourtant, des interactions de type parasitaire sont connues à cette

époque sur des fossiles de Charophycées (Plasmodiophoromycète sur Paleonitella -

Taylor et al., 1992): donc la fossilisation n'est pas limitante.

Les végétaux vasculaires primitifs fossiles contiennent des mycobiontes probables

Les végétaux vasculaires (où Trachéophytes) primitifs semblent s'être dévelop-

pés dés le Silurien (Boureau er al., 1978), à proximité de la limite eau/terre ferme,

comme les bords des eaux douces ou saumâtres. Ces Trachéophytes primitifs ont été

apparentés à des Ptéridophytes actuels (Boureau et al, 1978; Edwards & Fanning,

1985). L'originalité de leur appareil végétatif est de comporter des cellules différenciées

pour la conduction de l'eau et des solutés, ce qui favorise la régionalisation des échan-

ges avec le milieu et autorise la différenciation de parties aérienne et souterraines

(Raven, 1977). Certains auteurs conjecturent que cette évolution pourrait avoir été

également favorisée par l'influence du champignon sur la morphogénèse du végétal

(Jeffrey, 1962; Remy er al., 1992), notamment sur l'apparition de parenchymes massifs

et de la vascularisation. Lewis (1991) propose notamment qu'en stimulant le métabo-

lisme de la phénylalanine ammonia-lyase, les champignons aient pu favoriser l'appari-

tion de la lignine, autre caractéristique des végétaux vasculaires (Raven, 1977).

Les premiers Trachéophytes présentent-ils des preuves indiscutables d'associa-

tion avec des partenaires fongiques postulés plus haut ? Le probléme est de cerner les

premiers végétaux vasculaires. Cooksonia est considéré comme le plus ancien trachéo-

phyte, alors que la compression du matériel fossile interdit toute étude anatomique

d'éventuels faisceaux conducteurs (Taylor, 1988). Sur des restes exceptionellement

conservés, Edwards et al. (1986) n'en trouvent pas. D'autre part, aucun endophyte n'a

été décrit dans Cooksonia - Pirozynski (1981) estime pourtant que ce n'est qu'une ques-

tion de temps. Loin de présenter une morphologie caractéristique de trachéophyte,

Orestovia, organisme thalloide du Dévonien, serait vasculaire (Krassilov, 1981). Ce

végétal, associé à un champignon possiblement ascomycéte, pourrait représenter une

association mutualiste colonisatrice et mériterait plus d'attention. Krassilov estime

néanmoins que la relation est de type parasitaire.

Au-delà de ces spéculations, il est frappant de remarquer que l'un des plus an-

ciens témoignages de végétation vasculaire montre des associations mutualistes. Il

s'agit de la flore silicifiée de Rhynie, datant du Dévonien inférieur, actuellement inter-

prétée comme un écosystéme semi-lacustre. Une cinquantaine d'espéces fongiques y a

été reconnues par Kidston et Lang (1921). Ces auteurs ne décrivent pas de mutualistes,

tout en n'excluant pas qu'il y en ait parmi ces espèces. Pourtant, Palaeomyces aste-

Source - MNHN. Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 159

roxyli, dans les rhizomes d'Asteroxylon, est souvent cité comme exemple d'association

de type VA (Stubblefield & Taylor, 1988 avec référence à Kidston & Lang, 1921 !).

Dans une étude des champignons de la flore de Rhynie, Boullard et Lemoigne (1971)

décrivent une association mutualiste sur Rhynia gwynne-vaughanii et Rhynia major,

deux Archégoniates primitifs (Lemoigne, 1968). L'association est régulière, n'entraîne

pas de nécrose et épargne les axes dressés, la stèle, les apex et les gamétanges. Ces

caractères évoquent ceux observés chez les Ptéridophytes mutualistes actuelles et pous-

sent ces auteurs à conclure à une symbiose mutualiste. La présence du même endophyte

dans ces deux végétaux soutient l'hypothèse de Lemoigne (1968) selon laquelle Rhynia

gwynne-vaughanii est le gamétophyte de Rhynia major. Cette analyse des Rhynia est

partiellement remise en cause par certains auteurs. Edwards (1986) observe des sporan-

ges sur Rhynia gwynne-vaughanii et interpréte l'ornementation réticulée des trachéides

comme un artefact de dégradation bactérienne; ces "trachéides" seraient en fait équiva-

lents à des hydroides de mousses. Ces observations justifieraient le reclassement de

Rhynia gwynne-vaughanii au sein d'un genre nouveau, Aglaophyton, proche d'un stock

ancestral commun aux Bryophytes et aux Trachéophytes.

Une telle approche implique d'une part que le mycobionte commun à Rhynia

major et Aglaophyton ait été peu spécifique et répandu dans la flore d'alors, comme les

champignons endomycorhiziens actuels, d'autre part, que la présence d'un mycobionte

soit bien un caractère ancestral au sein des Archégoniates. A l'encontre de Boullard et

Lemoigne, Remy et al. (1994) observent de trés beaux arbuscules dans la zone corti-

cale, dotée de cellules à parois minces, d'Aglaophyton. Ces arbuscules prouvent à la

fois l'ancienneté des associations de type VA et confirment l'ancienneté des Glomales.

La description d'arbuscules sur Rhynia major est probablement une question de temps

(alternativement, on notera l'absence d'arbuscules, sur des associations actuelles à par-

tenaire non septé comme celles de Gentianaceae (McGee, 1985) ou surtout celles de

Psilotum nudum sur lesquelles nous reviendrons). Remy et al. (1994) concluent de ces

observations que “les champignons saprophytes, parasites et mutualistes (souligné par

nous) existaient bien au Dévonien” et que "de telles interactions ont accompagné le

développement de la flore terrestre".

Le mutualisme peut expliquer comment ces organismes, seulement pourvus de

rhizoides, ont pu absorber efficacement les éléments minéraux du milieu (Lewis, 1991).

À partir du Dévono-carbonifère, des endophytes de type endomycorhizien sont cou-

ramment décrits dans les restes des Trachéophytes (Cridland, 1962; Wagner & Taylor,

1981, 1982; Stubblefield er al., 1985 notamment - pour revue, voir Pirozynski, 1976;

Stubbelfield & Taylor, 1988; Taylor, 1990, 1993b).

En conclusion, l'étude des fossiles ne permet pas d'affirmer l'existence systéma-

tique d'associations mutualistes parmi les premiers végétaux vasculaires, mais l'absence

de fossiles convaincants n'est guére étonnante, compte-tenu des difficultés d'interpréta-

tion. En revanche, l'importance du mutualisme paraît confirmée dès le Dévonien infé-

rieur. L'analyse des Archégoniates actuels va nous permettre de cerner davantage

l'évolution et le rôle du mutualisme dans la sortie des eaux.

Source : MNHN, Paris

160 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE PAR LES ARCHÉGONIATES

INFÉRIEURS ACTUELS

Les Archégoniates inférieurs sont les Archégoniates qui ne forment ni fleurs, ni

graines. On peut les subdiviser en deux groupes:

- les Bryophytes, Hépatophytes et Anthocérotophytes forment un groupe

(Atrachaeta de certains auteurs) certainement polyphylétique (Crandall-Stotler, 1986),

non vasculaire et oà l'haplophase reste majeure (gamétophyte développé, sporophyte

porté par le gamétophyte);

- les Ptéridophytes comprennent de nombreux groupes caractérisés par leur

état vasculaire et la dominance de la diplophase (sporophyte développé).

La diversité du mutualisme chez les Anthocérotophytes et les Hépatophytes

Les Anthocérotophytes et les Hépatophytes occupent un autre milieu offert à la

colonisation par les végétaux aquatiques: les bords des eaux douces. Certaines Anthocé-

rotophytes et certaines Hépatophytes forment des associations avec des champignons,

dont les structures et la régularité dans les espèces concernées (Boullard, 1988), laissent

penser à un mutualisme, même si aucune étude physiologique ne permet de l'affirmer.

L'infection est limitée à certaines parties de l'hôte et épargne les méristèmes, les gamé-

tanges, les sporophytes et les propagules végétatives. Seul le gamétophyte est mutua-

liste: on parle de mycothalle pour désigner le thalle mixte formé, dont l'infestation

systémique n'est pas sans évoquer les mycophycobioses. Mais, à l'échelle cellulaire, les

structures sont bien différentes et évoquent plutót les associations mycorhiziennes

(tableau 3).

Le gamétophyte de Phaeoceros laevis (Anthocérotophyte) est ainsi associé avec

un mycobionte non septé, présentant des arbuscules (Ligrone, 1988). Chez les Hépato-

phytes, la situation est plus complexe (Pocock & Duckett, 1985a, c; Boullard, 1988) et

l'on distingue principalement trois types d'association.

Certaines Jungermanniales (Jungermanniineae et Geocalycineae) et quelques

Metzgeriales (Aneuraceae) abritent régulièrement des basidiomycètes dicaryotiques,

sans anses d'anastomoses (Pocock & Duckett, 1984), dont le parenthésome imperforé

indique que ce sont probablement des Hétérobasidimycétes (Ligrone et al., 1993). On

observe des dérives vers des formes non chlorophylliennes mycotrophes' , dépendant

probablement du mycobionte pour leur alimentation carbonée: c'est le cas de Crypto-

thallus mirabilis, dont l'organisme souterrain est dépourvu de pigments chlorophylliens

(Pocock & Duckett, 1984). L'ultrastructure de ces associations révèle des similitudes

avec les endophytes d'Orchidaceae: on observe notamment des phases de digestion du

mycobionte (Ligrone et al., 1993): l'existence de formes mycotrophes est un autre point

commun.

(1) Nous désignons par "mycotrophie" la situation physiologique oh le végétal est sous la

dépendance trophique du champignon pour son alimentation carbonée. Ceci n'exclut pas des

échanges, vitaminiques en particulier, du végétal vers le champignon. Le végétal n'est alors plus

phototrophe, mais mycotrophe.

Source : MNHN, Paris

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Source : MNHN. Paris

162 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

Certaines Marchantiales et certaines Metzgeriales (Fossombroniaceae) s'asso-

cient avec un mycobionte non septé (Strullu et al., 1981) produisant des arbuscules

intracellulaires, voire des vésicules (Ligrone & Lopes, 1989), comme dans le cas des

endomycorhizes vésiculo-arbusculaires, à tel point que le mycobionte pourrait étre un

Glomale (Strullu et al., 1981; Boullard, 1988). Toutefois, des souches de Pythium

(Oomycète) auraient été isolées à partir de thalles infectés (Carré & Harrisson, 1961).

Ce type d'association semble sporadique au sein méme des espéces concernées (des

thalles aposymbiotiques peuvent être trouvés, Duckett et al., 1991).

Enfin, dans certaines espèces de deux sous-ordres de Jungermanniales

(Lepidoziineae et Cephaloziineae), on observe régulièrement des rhizoïdes infectés par

des hyphes qui se prolongent dans le substrat (Pocock & Duckett, 1985b). L'apex de ces

rhizoïdes est alors renflé. L'ultrastructure du mycobionte révèle qu'il s'agit d'ascomycè-

tes (Duckett & Renzaglia, 1988; Duckett er al., 1989). Parfois, ces Hépatophytes émet-

tent dans le substrat des axes flagelliformes riches en rhizoïdes infectés, aux feuilles

régressées ou absentes (Duckett & Clymo, 1988; Duckett er al., 1991): de tels organes

explorent le sol sur plusieurs dizaines de centimétres et pourraient remplir la fonction

de racine (Duckett et al., 1989). Ces associations, qui se rencontrent dans des milieux

riches en matière organique, rappellent les mycorhizes éricoïdes (Duckett er al., 1991;

Duckett & Read, 1991) dont ils partageraient les mycobiontes (Duckett & Read, 1995).

Pocock et Duckett (1985b) notent des cas possibles de mycotrophie: des espéces du

genre Kurzia, pourvues de rhizoides infectés, vivent à l'ombre de Calluna et ont une

couleur pále, suggérant une faible teneur en chlorophylle.

Origines du mutualisme chez les Hépatophytes

Quelle est l'ancienneté de ces associations, et plus particulièrement de celles

impliquant un partenaire non septé ? Aucun fossile ne répond à cette question, mais les

associations impliquant des Ascomycètes ou des Basidiomycètes pourraient être tardi-

ves, comme nous le verrons pour les mycorhizes impliquant ces mycobiontes. Les

associations seraient apparues aprés la divergence des principaux ordres d'Hépatophytes

(Marchantiales, Metzgeriales et Jungermanniales), et de facon polyphylétique, attestant

d'une prédisposition de ce groupe aux interactions avec les champignons (Duckett &

Ligrone, 1985; Duckett er al., 1991).

Il est également difficile de se prononcer quant à l'ancienneté de ces phototro-

phes. Krassilov et Schuster (1983) supposent que "leur capacité à se diversifier - voire,

à coloniser les continents - a été favorisée par l'évolution préalable d'un couvert de

grandes plantes vasculaires". Les fossiles connus, malgré la fossilisation probablement

médiocre de ces organismes, indiquent au plus tôt une origine tardisilurienne pour les

Hépatophytes et mésozoïque pour les Anthocérotophytes, et infirmeraient l'hypothèse

d'un rôle dans la colonisation initiale du milieu terrestre (Schuster, 1981; Krassilov &

Schuster, 1983; Taylor & Taylor, 1993).

Ces associations impliquent des modifications du thalle (comme par exemple le

renflement de l'apex des rhizoides colonisés - Duckett et al., 1991, Boullard, 1988),

illustrant les innovations morphologiques liées au mutualisme. Ces associations sem-

blent par ailleurs liées à un relatif affranchissement de l'eau: elles sont absentes dans

des conditions de forte humidité (Boullard, 1988). La présence chez les Hépatophytes

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 163

de cuticule et de structures évoquant des stomates, quoique moins finement régulées,

indiquent une tendance à l'homéohydrie. La présence du mycobionte (parfois au sein

d'axes flagelliformes rappelant des racines) s'inscrit dans cette tendance. Mais ces

Bryophytes restent inféodées à des milieux peu hostiles et n'ont pas donné lieu à une

grande diversification évolutive: la dominance de l'haplophase a probablement limité

les potentialités évolutives de ces groupes.

Les Bryophytes (stricto sensu) ont adopté une stratégie poïkilohydrique, non

mutualiste

Les Bryophytes présentent de nombreux traits archaiques ou peu évolués dont

certains les rapprochent des Charophycées: structure de l'archégone et modalités de

fécondation, morphologie de lappareil végétatif, cycle à haplophase dominante,.

(Mishler & Churchill, 1985, Graham er al., 1991). Elles réussissent néanmoins à colo-

niser le milieu terrestre avec plus ou moins de succès. Les premiers fossiles connus

datent du dévono-carbonifère (Krassilov & Schuster, 1983; Taylor & Taylor, 1993),

c'est-à-dire tard pour participer à la colonisation initiale du milieu terrestre.

Aucun mycobionte n'a été décrit dans ce groupe (Jeffrey, 1962; Parke & Lin-

derman, 1980; Pocock & Duckett, 1985c), ce qui constitue un caractère régressif si l'on

considère que les premiers Archégoniates étaient pourvus de mycobiontes

(Aglaophyton, par exemple). Tout au plus, une colonisation par des Glomales, sans

formation d'arbuscules, est observable à proximité d'autres végétaux endomycorhizés

(Parke & Linderman, 1980). Cependant, les mousses semblent avoir été capables de

quitter rapidement les milieux situés à l'interface entre l'eau et les terres émergées et de

coloniser des milieux hostiles, où elles concurrencent les lichens. Elles ont adopté une

stratégie de tolérance aux privations hydriques et donc minérales: la poikilohydrie,

particulièrement efficace notamment sur les substrats à peine modifiés par les associa-

tions lichéniques. La croissance continue d'un axe qui se décompose lentement après la

mort des cellules permet le piégeage des débris résultant de l'altération du substrat, des

cendres volcaniques et des apports éoliens. Ceux-ci s'accumulent avec la matière orga-

nique issue des mousses elles-mêmes: c'est la stratégie du coussinet, bien adaptée à la

formation de sols primitifs et à l'installation d'une microflore diversifiée.

L'association avec des champignons n'est donc pas une condition nécessaire à la

vie en milieu terrestre des Archégoniates, mais plutôt une condition nécessaire à une

stratégie minimisant les privations hydriques (ou homéohydrie) au sein de ce groupe.

Les Bryophytes évoluèrent sans partenaire fongique (Jeffrey, 1962), en adoptant une

stratégie poïkilohydrique certes efficace, mais lourde d'implications. Diverses raisons

ont en effet concouru à limiter l'apparition de structures spécialisées dans ce groupe:

pour maximiser l'absorption hydrique et minérale en période de végétation, toute la

surface de l'organisme effectue cette fonction; la dessiccation à laquelle l'organisme est

soumis a limité l'apparition de structures délicates; de surcroît, l'haplophase dominante

ne semble guère propice à la complexification. Aussi les Bryophytes constituent-elles

une relative impasse évolutive, et leur place reste-t-elle marginale, comme celle des

Anthocérotophytes et des Hépatophytes, dans la plupart des écosystèmes terrestres.

Cependant, les autres archégoniates, dotés d'un mycobionte, ont une stratégie

homéohydrique vraie grâce à l'apparition de systèmes conducteurs (Raven, 1977).

Source : MNHN, Paris

164 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

L'homéohydrie favorise l'apparition d'organes et d'une régionalisation des échanges

avec le milieu (racines/feuilles). C'est cette stratégie, et le rôle qu'y joue le mycobionte,

que nous allons analyser maintenant.

Les Ptéridophytes sont mutualistes depuis leur émergence

Les Ptéridophytes sont associés à des mycobiontes, septés ou, le plus souvent,

non septés, qui se développent dans les parties non chlorophylliennes. Le mycobionte

s'associe aux gamétophytes, pour lesquels le terme de mycothalle peut être conservé,

et/ou aux sporophytes, où le mycobionte envahit les racines, formant d'authentiques

mycorhizes, et parfois le rhizome ("mycorhizome"). Selon Harley et Harley (1987),

7096 des Ptéridophytes de la flore anglaise sont mutualistes. Le travail considérable de

Boullard (1979), appuyé par celui de Berch et Kendrick (1982), a bien montré la nature

mutualiste de ces Trachéophytes. Il n'a guère été complété depuis que par les apports de

la microscopie électronique.

Chez les Lycophytes, les Lycopodiales abritent des mycobiontes septés ou non

septés. Des vésicules (Schmid & Oberwinckler, 1993) et parfois des arbuscules intra-

cellulaires (voir notamment Duckett et Ligrone, 1992) ont été décrits dans cet ordre,

évoquant des endomycorrhizes VA. L'association est régulière pour les gamétophytes,

souvent non-chlorophylliens et souterrains, qui dépendent probablement du mycobionte

pour leur alimentation carbonée; elle est peu fréquente dans les sporophytes. Les Séla-

ginellales, à l'inverse, possèdent souvent des mycobiontes septés ou non (Boullard,

1979) dans le sporophyte, mais jamais dans le gamétophyte: ici encore, des vésicules et

des arbuscules peuvent être observées. Seules les Isoetales, généralement aquatiques,

paraissent dépourvues de telles associations. Les fossiles carbonifères de ce groupe

montrent déjà de nombreuses associations (Boullard, 1979), souvent discutées toutefois

(Cridland, 1962).

Au sein des Psilophytes actuelles, des mycobiontes ont été décrits dans les

gamétophytes et certaines parties des sporophytes, chez Tmesipteris (Holloway, 1917)

et Psilotum nudum, oü un mycobionte non septé, formant des vésicules a été décrit

(Bierhorst, 1953; Peterson et al., 1981), ainsi qu'un mycobionte septé (Bierhorst, 1953).

Psilotum, aux caractères primitifs (pas de feuilles ni de racines, embryon exoscopique),

rappelle assez la morphologie des Rhynia de la flore de Rhynie et constituerait selon

certains auteurs un "fossile vivant" (Lemoigne, 1968): l'existence, dans les deux cas,

d'endophytes non septés appuie cette similitude. Le mycobionte non septé de Psilotum

ne forme toutefois pas d'arbuscules, ce qui évoque le cas des Lycophytes.

Les Sphénophytes forment des associations réputées rares, peu étendues et

facultatives au niveau du sporophyte (Boullard, 1979). Koske er al. (1985) signalent

néanmoins de fréquents mycobiontes non septés formant des vésicules et des arbuscules

sur le matériel qu'ils étudient. Les associations semblent, selon ces auteurs, se former

surtout dans les milieux secs.

Les Filicophytes possèdent également des mycobiontes. Ces associations impli-

quent un partenaire non septé, formant vésicules et arbuscules, ou parfois septé voire

pourvu de boucles (Boullard, 1979). Ces associations sont constantes dans les gaméto-

phytes et les sporophytes des Eusporangiées. Diverses situations existent en revanche

chez les Leptosporangiées. Ainsi, les Hydroptéridales n'ont pas de mycobionte, tandis

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 165

qu'au sein des Filicales, les associations peuvent être régulières (gamétophytes des

Schizaeaceae, sporophytes des Gleicheniaceae), fréquentes (Pteridaceae) ou laches et

facultatives (Aspleniaceae, Polypodiaceae,...). De rares ectomycorhizes ont été décrites

chez des Filicophytes (Dryopteris filix-mas, Harley & Harley, 1987), notamment habi-

tant des foréts riches en ectomycorhizes (Cooper, 1976).

L'identité des partenaires des Ptéridophytes est mal établie. Des Glomales sont

probablement impliquées, ainsi que certains Oomycétes: des souches de Pythium ont en

effet été isolées à partir de mycorhizomes de leptosporangiées (Hepden, 1960). Quant

aux partenaires septés, leur identification reste à préciser. Dans le tableau 3, nous pro-

posons de rapprocher certaines de ces associations des endomycorhizes à Septomycètes.

Le rôle de ces mycobiontes a également été rarement étudié, mais leur effet bénéfique a

pu être montré en culture in vitro, par comparaison avec des témoins aposymbiotiques

(Freedberg, 1962). Ils seraient notamment impliqués dans l'apport de phosphore au

photobionte (Cooper, 1976, 1977).

Tendances du mutualisme chez les Ptéridophytes

Possédant un cycle surtout diplophasique, qui optimise l'exploitation du bras-

sage génétique issu de la la fécondation, les Ptéridophytes vont envahir les écosystèmes

terrestres, avant de laisser, à la fin du Mésozoïque, la place aux Spermaphytes. Chez les

Ptéridophytes, Boullard (1979) propose des tendances évolutives du mutualisme.

L'évolution du gamétophyte conduit à une réduction de l'haplophase et la perte du mu-

tualisme s'opère parallèlement à la perte de taille et la diminution de la durée de vie du

gamétophyte. L'affranchissement du sporophyte est plus tardif dans l'évolution des

Ptéridophytes, et s'opère alors qu'apparaissent feuilles et racines qui assureront son

indépendance trophique à l'organisme.

Notons d'abord que les Ptéridophytes aquatiques (/soetaceae, Hydroptéridales)

sont dépourvues de mycobionte, ce qui est cohérent avec l'hypothèse d'un rôle du my-

cobionte dans l'homéohydrie; l'investissement en photosynthétats exigé par le myco-

bionte ne se justifie pas lorsque l'eau et les solutés sont abondants. De plus "qu'il

s'agisse de rhizomes, de racines ou même de gamétophytes, une indiscutable carnosité

accompagne l'endosymbiose" (Boullard, 1979). Cette morphologie, particuliérement

charnue, semble bien liée à la présence du champignon, puisqu'elle disparaít en l'ab-

sence du mycobionte dans le cas de gamétophytes de Lycopodium cultivés in vitro

(Freeberg, 1962; Freeberg & Wetmore, 1957). Cette observation vient conforter,

comme chez les Hépatophytes, le rôle de "stimulateur" de la morphogénèse que nous

avons attribué au mycobionte pour les premiers végétaux terrestres.

Enfin, de nombreux gamétophytes non chlorophylliens et souterrains, apparte-

nant à des groupes divers, semblent dépendre du mycobionte pour leur alimentation

carbonée. Cette tendance à la mycotrophie, déjà observée sur des Hépatophytes pour-

vues de mycobiontes septés, s'exprime chez les Lycophytes (Lycopodiaceae et Urosta-

chyaceae), les Psilophytes (Tmesipteris, Psilotum) et les Filicophytes (Eusporangiées:

Ophioglossaceae; Leptosporangiées: Schizaeaceae) (Boullard, 1979; Hadley, 1986).

Clairement, cette stratégie ne convient pas dans le cas de milieux entièrement lithiques.

Plusieurs explications peuvent être avancées. Une telle dépendance trophique du gamé-

tophyte a pu se développer au cours de l'évolution régressive du gamétophyte, notam-

Source : MNHN, Paris

166 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

ment favorisée par l'apparition d'écosystémes dotés de sols riches en matiére organique.

Cette stratégie peut aussi être primitive, les gamétophytes trouvant refuge, durant la

saison difficile, dans des accumulations organiques. Pirozynski et Malloch (1975)

suggèrent que les premiers mycobiontes ont pu étre saprophytes: ils auraient alors

permis un court-circuit dans les cycles de la matière des écosystèmes primitifs, palliant

ainsi la pauvreté des milieux.

En conclusion, les Ptéridophytes paraissent avoir trés tôt possédé des associa-

tions mutualistes, notamment celles de type VA héritées de leur ancètres dévoniens -

mais aussi des associations à partenaires septés apparues plus tardivement (en tout cas

absentes des fossiles paléozoïques). La généralité des associations VA ne se dément pas

chez les Archégoniates supérieurs, comme nous allons le voir.

LA COLONISATION DU MILIEU TERRESTRE PAR LES ARCHÉGONIATES

SUPÉRIEURS (SPERMAPHYTES)

À côté des nombreuses adaptations (tant de l'appareil végétatif que de la repro-

duction) qui font d'eux des végétaux terrestres, les Préspermaphytes et les Spermaphy-

tes ont conservé des associations avec des champignons. Celles qu'ils établissent avec

les racines sont bien connues sous le nom de mycorhizes (tableau 3; Smith & Douglas,

1987). Pour la flore anglaise, Harley et Harley (1987) estiment que 100% des Gymno-

spermes et 80% des Angiospermes ont des symbiotes mycorhiziens. Nous verrons

néanmoins que d'autres associations plus systémiques que les mycorhizes peuvent se

mettre en place.

Les Spermaphytes ont développé deux principaux types de mycorhizes

Le premier type de mycorhizes, établi avec un partenaire non septé, est l'endo-

mycorhize à vésicules et arbuscules (VA par abréviation - Nicolson, 1967; Hayman,

1983). Le mycobionte développe un réseau discret d'hyphes à l'extérieur de la racine,

jusqu'à 8 cm des tissus racinaires. Le mycelium pénètre à l'intérieur de la racine et reste

d'abord intercellulaire. Il forme généralement des renflements inter- ou intra-cellulai-

res: les vésicules. Le mycélium intercellulaire pénètre le plus souvent à l'intérieur des

cellules et forme des structures trés ramifiés ou arbuscules. La masse fongique ne dé-

passe généralement pas 10% de la masse totale de la mycorhize.

Les endomycorhizes à vésicules et arbuscules jouent un róle essentiel dans

l'alimentation en phosphore de la plante hóte (Mosse, 1973; Pearson & Tinker, 1975),

ainsi que celle d'autres éléments peu mobiles dans le sol (Gianinazzi-Pearson & Giani-

nazzi, 1983) et assurent une protection phytosanitaire trés efficace des racines contre

les agents pathogènes du sol (Schönbeck, 1979; Dehne, 1982).

Ce type mycorhizien ajoute à sa généralité son ancienneté: il est connu au

moins depuis le Trias (-230 Ma), où des racines silicifiées d'Antarcticycas (proche des

Cycadales actuelles) retrouvées en Antarctique, montrent des arbuscules parfaitement

reconnaissables (Stubbelfield er al., 1987a, b, c). Ces arbuscules sont parfaitement

reconnaissables, quoique plus grossiers que ceux décrits au Dévonien inférieur par

Remy et al. (1994).

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 167

Un autre type de mycorhize est répandu chez les Spermaphytes ligneuses: les

ectomycorhizes. Ici, le mycobionte induit des modifications morphologiques de la

racine et peut représenter jusqu'à 4096 de la masse mycorhizienne. Le champignon

forme un manteau autour des racines courtes de l'arbre. De ce manteau partent des

hyphes externes ou des cordons mycéliens qui peuvent prospecter le sol jusqu'à plu-

sieurs centimètres ou dizaines de centimètres de la racine. Le mycelium pénètre dans le

cortex racinaire, mais reste toujours intercellulaire. Il colonise une ou plusieurs couches

de cellules corticales, sans jamais atteindre l'endoderme. Les échanges entre le champi-

gnon et l'arbre hóte se font au niveau des hyphes intercellulaires qui forment une struc-

ture appelée réseau de Hartig. Les champignons ectomycorhiziens peuvent aussi parfois

jouer un róle dans l'adaptation de l'arbre à certaines caractéristiques du sol comme le

calcaire (Lapeyrie, 1990).

Comme dans le cas des mycorhizes VA, le mycobionte ectomycorhizien joue un

rôle majeur dans l'alimentation de l'hôte en phosphore ou en éléments peu solubles

(Mousain & Salsac, 1982). Il joue en outre un rôle particulièrement important dans

l'alimentation en azote de l'arbre (Martin & Botton, 1993) et contribue à l'absorption de

l'eau et à son utilisation (Guehl & Garbaye, 1990). Les champignons ectomycorhiziens

interférent aussi fortement dans le métabolisme hormonal de l'arbre (Gay, 1990). Ils

contribuent aussi à la protection phytosanitaire des racines (Marx, 1972).

Inconnues au Paleozoique, les ectomycorhizes se seraient développées au Cré-

tacé (-140 Ma - Malloch et aL, 1980; Pirozynski & Malloch, 1975; Taylor, 1990).

Pirozynski souligne que leur répartition dans les deux hémisphères suggère une appari-

tion (même à l'état non mutualiste) avant la fragmentation de la Pangée (vers -150 Ma).

L'apparition des ectomycorhizes pourrait être liée à la radiation des Angiospermes, au

Crétacé (Berbee & Taylor, 1993; Taylor, 1993b), même si les premiers Angiospermes

peuvent être plus anciens (Cleal, 1989). Il y aurait eu substitution des mycobiontes non

septés en faveur des Septomycètes, comme nous en avons suggéré l'éventualité dans le

cas des lichens et des mycophycobioses. Le changement de spectre de mycobionte

pourrait être encore en cours chez certaines familles (Lewis, 1987). En effet, les ecto-

mycorhizes peuvent actuellement coexister avec les endomycorhizes V.A., au sein de

plusieurs familles comme exemple les Salicaceae ou les Myrtaceae. Les deux types de

mycorhizes se trouvent sur le méme arbre et cóte à cóte sur une méme racine. La subs-

titution, au cours des temps paléontologiques, du partenaire ectomycorhizien au parte-

naire endomycorhizien semble avoir été favorisée par certaines conditions écologiques

difficile, comme les sols très pauvres ou les climats froids (Malloch et al., 1980).

L'apparition des ectomycorhizes est nettement polyphylétique. La diversité des

Spermaphytes, évolutivement éloignés (aussi bien angiospermes que gymnospermes),

suggère que les ectomycorhizes sont apparues plusieurs fois (Lewis, 1987, 1991); les

Ascomycétes (Tubérales, Pézizales,...) et les divers Basidiomycétes (Agaricales,

Aphyllophorales, Astérosporales et divers hypogés rapportés aux Gastéromycétes)

impliqués sont également éloignés évolutivement (Lewis, 1973; Malloch, 1987). Les

champignons impliqués se rattachent à des groupes de saprophytes (Luttrel, 1974;

Lewis, 1973, 1991; Malloch, 1987): le mutualisme serait donc issu dans ce cas du

saprophytisme.

Les ectomycorhizes et surtout les endomycorhizes VA peuvent aussi être asso-

ciées à des procaryotes fixateurs d'azote comme les Rhizobium chez les Légumineuses,

Source : MNHN, Paris

168 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

les Frankia chez un nombre relativement important de familles (Betulaceae, Myrica-

ceae, Casuarinaceae, Eleagnaceae, Rhamnaceae, Rosaceae, Coriariceae, Datisca-

ceae,...) ou les Cyanophytes des Gunnera et des Cycas.

Certaines Angiospermes montrent des types mycorhiziens particuliers

A côté des ectomycorhizes et des endomycorhizes VA, d'autres types d'associa-

tions sont connus chez les Ericales et les Orchidaceae en particulier (Smith & Douglas,

1987). Les Ericales possédent soit des endomycorhizes (dites "éricoides"), oà le my-

cobionte forme des pelotons à l'intérieur des cellules corticales de la racine, soit des

ectendomycorhizes, où le mycobionte, tout en formant des pelotons, forme un manteau

autour des racines (type "arbutoides" - Read, 1983; Harley, 1989; Lewis, 1987, 1991).

Le mycobionte, ascomycète ou basidiomycète, dérive soit de formes saprophytes, soit

de formes parasites: il a néanmoins conservé sa capacité à métaboliser des formes

complexes de matière organique (lignine et cellulose). Il peut ainsi contribuer à l'ali-

mentation carbonée de la plante hóte et coloniser des sols mal minéralisés. La faible

disponibilité en azote et phosphore minéral de ces sols est compensée par la capacité du

mycobionte d'exploiter directement les formes organiques de ces deux éléments. Le

mycobionte peut également jouer un rôle de protection de la plante contre un excès de

métaux lourds dans les sols (Bradley er al., 1981). De tels milieux se trouvent souvent à

des latitudes ou à des altitudes encore plus élevées que celles occupées par les végétaux

ectomycorhizés (Lewis, 1987). Lorsque les conditions deviennent encore plus difficiles,

des associations éricoïdes cèdent la place aux association lichéniques.

Les Orchidaceae ont également développé des stratégies associatives avec des

basidiomycètes qui forment des pelotons intracellulaires. Ces pelotons, comme les

arbuscules des endomycorhizes VA, ont une durée de vie éphémére et sont rapidement

digérés par l'hôte (Hadley, 1975, 1986; Harley & Harley, 1987). Les genres fongiques

associés sont par ailleurs connus comme phytopathogènes (Ceratobasidium, Thana-

tephorus, Tulasnella, Sebacina,...). Les mycobiontes des Orchidaceae ont également

gardé leur capacité à métaboliser la lignine et la cellulose de la matière organique

morte. Ils participent donc à l'alimentation carbonée de la plante; la forme de transfert

du carbone est en général le tréhalose. Les graines d'Orchidaceae sont dépourvues de

réserves carbonées. Elles germent en donnant naissance à une structure indifférenciée

appelée protocorme, qui est totalement dépendant du mycobionte pour son alimentation

carbonée et minérale (Furmann & Trappe, 1971; Hadley, 1986). La plante est initiale-

ment mycotrophe. Après différenciation du cormus et développement de la plantule,

l'association peut persister: elle se localise alors uniquement dans le système racinaire

et est obligatoire pour l'alimentation minérale de la plante. Chez les Orchidaceae épi-

phytes l'association est le plus souvent présente dans les racines aériennes, mais joue

semble-t-il un rôle plus mineur.

Les associations des Ericales et des Orchidaceae semblent s'être mises en place

tardivement (Crétacé ? - voir Lewis, 1987), attestant de la prédisposition des Sperma-

phytes, comme les Hépatophytes décrites plus haut, à établir des relations avec un

partenaire fongique. Il existe d'autres types de mycorhizes à mycobionte septé, moins

répandus, comme celles de certaines Cyperaceae (Haselwandter & Read, 1982): volon-

Source : MNHN. Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 169

tairement, nous nous limitons à esquisser la diversité des mycorhizes (tableau 3), abon-

demment étudiée par ailleurs (Smith & Douglas, 1987).

De nombreuses associations montrent une dérive vers la mycotrophie stricte

Plus de 400 espèces d'angiospermes sont mycotrophes (Furmann & Trappe,

1971; Hadley, 1986; Leake, 1994), état qui semble être apparu à plusieurs reprises au

sein de groupes possédant des mycorhizes. Abondantes en milieux tropicaux, ces plan-

tes partagent diverses caractéristiques, comme leurs habitats ombragés, riches en ma-

tière organique, l'absence de parties aériennes développées (Leake, 1994) et leur impor-

tante production de graines (Leake, 1994): mais avant tout, elles sont dépourvues de

chlorophylles et dépendantes du partenaire fongique pour leur alimentation carbonée

(on a même pu les qualifier de “mycoparasites). Signalons que le mycobionte peut

assurer le transfert du carbone réduit entre des photobiontes vrais qu'il mycorhize si-

multanément. Ce processus est décrit pour les ectomycorhizes (Brownlee et al., 1983)

comme pour les endomycorhizes (Francis & Read, 1984): il semble ouvrir la voie vers

la mycotrophie, dont nous allons voir qu'elle émerge par plusieurs fois chez les Angio-

spermes.

Chez les dicotylédones, les Polygalaceae et certaines Gentianaceae (Knóbel &

Weber, 1988) sont mycotrophes: ces dernières possèdent des associations de type VA,

bien que les arbuscules laissent parfois la place à des pelotons chez les Gentianaceae

(phénomène décrit même chez des espèces non mycorhiziennes - McGee, 1985). Des

dérives vers l'hétérotrophie s'observent chez les Ericales (Read, 1983): les Pyrolaceae

présentent des ectendomycorhizes et les Monotropaceae montrent des associations

ectendomycorhiziennes où le champignon forme simultanément un manteau et des

sugoirs intracellulaires (type "monotropoide": Duddridge & Read, 1982). Les myco-

biontes des Ericales sont, quant à eux, des ascomycètes et des basidiomycètes.

Chez les Monocotylédones, deux ordres présentent des mycotrophes: les Triuri-

dales (les Triuridaceae présenteraient des associations de type VA - Hadley, 1986) et

les Orchidales qui comprennent deux grandes familles mycotrophes, les Burmanniaceae

(à associations VA - Terashita & Kawakami, 1991) et les Orchidaceae. Les Orchida-

ceae mycotrophes présentent des basidiomycètes endophytes semblables à ceux des

Orchidées autotrophes.

L'apport carboné repose ici sur le partenaire fongique, qui est lui-même sapro-

phyte, ou parasite (voire mutualiste chez les Monotropaceae) d'un autre phototrophe.

Toutefois, le champignon semble également profiter de l'association, comme en attes-

tent les expériences de croissance im vitro en présence d'extrait de la plante-hóte

(Bjórkman, 1960). Ces relations, où le rôle du champignon dans l'apport carboné est

“renversé”, évoquent fortement celles observées chez certains Hépatophytes et dans les

gamétophytes des Ptéridophytes inférieures, également mycotrophes. Dans le cas des

Angiospermes, cet état est nettement secondaire dans l'évolution. La tendance à la

mycotrophie paraît donc récurrente chez les Archégoniates.

Des mycobiontes systémiques existent chez les Spermaphytes

Les champignons mycorhiziens ne restent pas toujours limités aux racines

(Taber & Trappe, 1982), mais les exceptions sont rares. A cóté de ces mycobiontes, de

Source : MNHN. Paris

170 M.-A. SELOSSE et F. LE TACON

nombreux endophytes existent dans d'autres organes de ces végétaux, dont la descrip-

tion reste à faire (Hawkworth, 1990). En particulier, des associations avec les feuilles

ou "mycophylles" seraient anciennes et aussi fréquentes que les mycorhizes (Lewis,

1987, Caroll, 1988).

L'exemple des Ascomycètes (Clavicipitaceae) endophytes des Poaceae

(Graminées) et des Cyperaceae est le mieux étudié (Siegel et al., 1987; Clay, 1988 a,

b). De telles associations, très fréquentes chez certaines espèces (White, 1987), dérivent

probablement de relations parasitaires (Clay, 1988b). Le champignon a bien souvent

perdu sa sexualité et se transmet par les propagules de l'hôte qu'il envahit (Siegel et al.,

1987). Cette association semble bénéfique à la plante car les alcaloides produits par le

mycobionte ont un effet toxique et déterrent sur les herbivores. Cependant, la présence

du mycobionte serait bénéfique méme en l'absence d'herbivores (Siegel et al., 1987).

Dans ce type de mutualisme, comme dans le cas des mycophycobioses étudiées

plus haut, le róle du champignon, qui reste intercellulaire, n'est pas absorptif, et contri-

bue probablement peu à l'adaptation au milieu terrestre, Mais cet exemple souligne bien

que la plupart des Spermaphytes sont des organismes essentiellement mutualistes.

L'acquisition de nouveaux mycobiontes par les Spermaphytes, semble donc avoir eu

lieu plusieurs fois au cours de l'évolution. La transition du parasitisme vers l'endophy-

tisme non pathogène semble pouvoir être simple et rapide. Elle a pu être observée lors

de récents travaux, montrant que la mutation d'un seul gène suffit à transformer le

pathogène Colletrichum magna en un endophyte n'entraînant aucun symptôme

(Freemann & Kodergerez, 1993). Si dans ce cas, on ne peut strictement parler de mu-

tualisme, un effet phytosanitaire positif est observé. La tolérance par l'hôte du parte-

naire fongique, sans dégâts apparents ('parasitisme sans symptomes" au sens de Lewis,

1973) ouvre la voie à la l'établissement du mutualisme.

Il existe quelques familles de Spermaphytes secondairement aposymbiotiques

A l'inverse, certains groupes auraient secondairement perdu toute association

mycorhizienne (Tester et al., 1987). Ce sont les familles, d'affinités évolutives variées

(Brassicaceae, Cyperaceae, Juncaceae, groupe des Centrospermae, mais aussi quelques

espèces de Chenopodiaceae et Polygonaceae) qui ne possèdent plus de mycorhizes. Le

passage à l'état aposymbiotique s'est probablement opéré à plusieurs reprises. Les espè-

ces concernées sont pratiquement toutes herbacées, et développent (en compensation ?)

un important chevelu racinaire et d'abondants poils absorbants (voir notamment Baylis,

1972 et St John, 1980). Ces végétaux dépourvus de mycorhizes se rencontrent le plus

souvent dans des milieux perturbés, où l'alimentation minérale n'est pas limitante.

Pirozynski (1981) considère que l'existence de végétaux libérés de l'association

endomycorhizienne atteste paradoxalement de l'ancienneté de celle-ci, et d'une dérive

vers des relations facultatives au sein des ectomycorrhiziens. L'évolution du partenaire

phototrophe est donc parvenue, au cours des temps géologiques, à lui procurer toutes

les adaptations nécessaires à l'homéohydrie en milieu terrestre. Cette stratégie apo-

symbiotique, bien que moins coûteuse" parce que ne nécessitant pas d'alimenter un

partenaire hétérotrophe, n'a cependant pas réussi à supplanter celle des phototrophes

associatifs dans tous les milieux. Affranchi de la nécessité de trouver le partenaire

fongique, ces végétaux peuvent par exemple coloniser certains milieux perturbés.

Source : MNHN, Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 171

D'éventuels transferts horizontaux de gènes restent à prouver

Certains auteurs suggèrent que des transferts génétiques horizontaux ont pu ou

peuvent avoir eu lieu entre les deux partenaires, comme dans le cas des mutualismes

endocellulaires (mitochondries, chloroplastes - Margulis, 1993). Ces transferts ont

surtout été évoqués dans l'évolution des Angiospermes. Théoriquement, des champi-

gnons biotrophes, même parasites, en contact permanent avec les tissus de l'hôte, au-

raient pu transmettre des gènes à celui-ci (Lamboy, 1984), voire servir de relai pour des

transferts à partir d'autres organismes (insectes, par exemple: Pirozynski, 1988, 1991).

Ainsi, des gènes impliqués dans la cécidiogénèse seraient devenus des déterminants de

la morphogénèse normale de l'hôte, expliquant l'apparition des fleurs (Pirozynski, 1988,

1991). Il n'existe néanmoins aucune preuve moléculaire d'un tel transfert, Bien au

contraire, les données actuelles de la biologie du développement des végétaux

supérieurs ont permis de confirmer l'universalité des gènes homéotiques, qui rend

élégamment compte de la morphogénèse des pluricellulaires sans exiger plus

d'hypothèses. Semblablement, l'hypothèse d'un transfert horizontal de gène(s) pour

expliquer le comportement des partenaires au sein des lichens (Ahmadjian, 1992) paraît

peu fondée.

L'existence de formes filamenteuses (tube pollinique, Angiospermes parasi-

tes...) et de stades hétérotrophes (graine, pollen,..) chez les Spermaphytes conduit

Atstatt (1988, 1991) à considérer que les plantes sont des chimères de tissus d'algues et

de champignons. Jusqu'ici et à notre connaissance, aucune donnée moléculaire ne va

dans le sens de cette hypothèse. De simples évolutions convergentes suffisent à expli-

quer l'existence de structures filamenteuses.

CONCLUSION: COEVOLUTION AU COURS DE LA COLONISATION

DU MILIEU TERRESTRE ?

Au cours de l'évolution des phototrophes, l'apparition d'associations mutualistes

avec les champignons est récurrente (tableau 4). Elle a abouti à une grande variété de

types d'association, chacun polyphylétique: lichens, mycophycobioses, mycothalles,

mycorhizomes et mycorhizes (tableaux 2 et 3). Ces mutualismes prolongent la longue

série d'associations symbiotiques qui ont ponctué l'évolution (Le Tacon & Selosse,

1994). Les endosymbioses impliquant des Cyanophytes et conduisant à la mise en place

des plastes sont l'exemple d'une autre association entre autotrophes et hétérotrophes

dont les conséquences évolutives ont été majeures (Raven, 1987; Margulis, 1993). Les

associations champignons-phototrophes semblent constituer une adaptation à une vie

terrestre ou sub-terrestre. Le saut évolutif que représente leur mise en place permet

notamment d'expliquer la rapidité d'apparition des Archégoniates au Silurien.

Peut-on observer une coévolution au sein de chacun de ces types d'associa-

tions ? Il s'agit tout d'abord de définir ce terme, qui peut être large (Pirozynski &

Hawksworth, 1988) ou plus étroit (Scannerini & Bonfante-Fasolo, 1989). Une tentative

de définition pertinente de la coévolution sort toutefois du cadre de cette revue. On peut

se demander, simplement, dans quelle mesure le mycobionte a influé sur le photo-

bionte, et inversement, au cours de longues périodes d'évolution conjointe. La réponse

Source : MNHN, Paris

TABLEAU 4: Echelle stratigraphique et récapitulation des principaux événements

paléontologiques mentionn

sont pas mentionnés ; Ma

dans le texte (les résultats provenant d'horioges moléculaires ne

millions d'années).

QUATERNAIRE Tous les groupes de végétaux terrestres interagissent avec des mycobiontes

Е 1.8 Ma —

o NEOGENE

о 25 Ма

PALEOGENE Premiers lichens fossiles connus

M CRETACE Apparition des Anthocérotophytes, diversification des Angiospermes

E Origine des mycorhizes à mycobionte septés (ectomycorhizes notamment) ?

о 140 Ма

о JURASSIQUE Début de la dislocation de la Pangée

Q 200 Ma

E TRIAS Arbuscules fossiles sur un préspermaphyte, Anrarcticycas

230 Ma- +

PERMIEN Origine spéculée des lichens

280 Ma

CARBO- Nombreux Ptéridophytes à mycobiontes non septés

NIFERE Premiers fossiles indiscutables de champignons septés (Septomycètes)

5 Ma

А DEVONIEN Fin du Dévonien : premiers fossiles de Bryophytes au sens strict

L Début du Dévonien : première flore terrestre diversifée, dont celle de Rhynie

E qui présente les premières associations vésiculo-arbusculaires

о Premiers fossiles de Glomales et de Charophycées

о 395 Ма = x

I SILURIEN Fin du Silurien : premiers fossiles d'Hépathophytes

Q Premiers fossiles de Trachéophytes (Cooksonia)

Ü Premiers fossiles de champignons non septés terrestres

435 Ma =

ORDOVICIEN Premiers débris rapportés à une végétation terrestre (spores, cuticules...)

500 Ma

CAMBRIEN

570 Ma -— poh =

PRECAMBRIEN Les princ

aux groupes d'algues existent à la fin du Précambrien

Existence de phototrophes terrestres (Cyanophytes ?)

Source : MNHN. Paris

LES ASSOCIATIONS MUTUALISTES ENTRE CHAMPIGNONS ET PHOTOTROPHES 173

paraît contrastée selon que l'on s'intéresse aux mycobiontes non septés (Glomales) ou

aux Septomycetes.

Les associations à vésicules et arbuscules semblent inchangées depuis le Paléo-

zoique (Dévonien, - 450Ma). La présence du mycobionte non septé a permis la diversi-

fication des photobiontes, c'est-à-dire, la radiation évolutive des Archégoniates. Le

faible nombre actuel de Glomales indique qu'il n'y a pas eu spéciation conjointe du

partenaire fongique. Le mycobionte semble avoir perdu une partie de son patrimoine

génétique et étre devenu incapable de se développer en l'absence du photobionte, qui

supplée aux voies métaboliques fongiques disparues. Cette évolution régressive, qui

accompagne fréquemment la biotrophie, s'apparente à celle des plastes qui ont aussi

perdu au cours de l'évolution une partie importante de leur génôme. Chez les Glomales,

cette simplification s'est probablement produite très rapidement lors de la mise en place

de l'association. Elle a eu pour conséquence, avec la dépendance qui en découle et la

perte de la sexualité, de limiter toute évolution ultérieure. Cela pourrait notamment

arbuscules. Il y aurait eu évolution des Archégoniates "en présence" du mycobionte,

mais sans évolution en retour de celui-ci.

Cet immobilisme a probablement concouru à favoriser l'apparition progressive

d'associations entre les Archégoniates et des champignons septés (Septomycétes, ta-

bleau 3). C'est ainsi que, chez certaines Hépatophytes, les Ericales, les Orchidaceae, et

les arbres forestiers, des associations à mycobiontes septés ont pu remplacer les asso-

ciations primitives, probablement à partir du Crétacé (date d'apparition des Angiosper-

mes, chez qui ces associations sont fréquentes). Le remplacement conduisant aux ecto-

mycorhizes chez les arbres forestiers semble encore en cours, comme le montrent les

espèces arborescentes qui présentent les deux types d'association. Ces nouveaux types

d'association auraient permis aux photobiontes de coloniser des milieux plus difficiles:

sols riches en matière organique qu'exploitent les mycobiontes, ou sols minéraux parti-

culièrement pauvres où les mycobiontes ont accès à des formes minérales peu ou pas

solubles.

Les mycobiontes septés ont, quant à eux, conservé leur sexualité et leurs poten-

tialités génétiques - ils peuvent d'ailleurs pour la plupart être cultivés en l'absence de la

plante hôte. Cette plasticité génétique explique peut-être une opposition remarquable:

les forêts ectomycorhizées (tempérées caducifoliées ou non, tropicales à Dipterocarpa-

ceae, Cesalpinaceae où Eucalyptus) montrent une diversité réduite d'essences ligneuses

associée à une forte diversité d'ectomycorhiziens, tandis que les forêts tropicales endo-

mycorhizées comportent une grande variété d'essences associées à un cortège endomy-

corhizien paucispécifique (Malloch et al., 1980; Durrieu, 1993). L'adaptation aux

conditions stationnelles serait essentiellement réalisée par le mycobionte, qui conserve

sa plasticité dans le premier cas,

La conservation de la sexualité autorise également une coévolution avec la

plante héte, comme en témoigne l'émergence de mycobiontes spécifiques. La plupart

des genres ligneux à ectomycorhizes possèdent ainsi des mycobiontes spécifiques:

Suillus grevillei, par exemple, est strictement inféodé au genre Larix. La spécificité ne.

concerne toutefois que le mycobionte, et l'arbre s'associe toujours à un grand nombre de

partenaires fongiques, qui lui confèrent d'ailleurs une capacité d'adaptation accrue. La

coévolution se produit au sein d'ordres ou de genres de photobiontes, mais, à des

Source : MNHN, Paris

174 M.-A. SELOSSE et F.LE TACON

échelons supérieurs, les mycobiontes semblent se transférer d'un groupe systématique à

l'autre. Les ectomycorhiziens sont communs à des familles de Gymnospermes et d'An-

giospermes; les ascomycètes endomycorhiziens sont communs aux Ericales et à certai-

nes Hépatophytes (Duckett & Read, 1995); les basidiomycétes endomycorhiziens sont

peut-être communs aux Orchidaceae et à certaines Hépatophytes. Il y a là, dans la

mesure où ces organismes coexistent souvent dans les mêmes écosystèmes, une possi-

ble transmission horizontale, et l'on est tenté de parler de "contagion écologique" selon

le terme de Durrieu, 1993.

Chez les lichens, un remplacement des Glomales par les Septomycètes pourrait

s'être produit, En effet, les premiers lichens ont pu impliquer des mycobiontes non

septés, comme l'actuel Geosiphon piriforme, Glomale associé à des Cyanophytes. On

peut émettre l'hypothèse que les mycobiontes primitifs auraient été remplacés

(écologiquement, ou dans les associations elles-mêmes) par des Ascomycètes ou des

Basidiomycétes. Chez les lichens actuels, l'existence d'une coévolution entre les parte-

naires reste à déterminer. La mise en place de structures communes (Honegger, 1993)

et la rareté des photobiontes à l'état aposymbiotique suggèrent toutefois une coévolu-

tion, méme s'il n'y a pas de grande spécificité dans l'association. A l'inverse de leurs

photobiontes, les mycobiontes septés pourraient avoir subi une radiation, suite à l'émer-

gence de l'état lichénique (Gargas et al., 1995).

La variété des associations existantes permet donc l'adaptation à tous les mi-

lieux terrestres susceptibles d'étre colonisés, soit par évolution du photobionte ou du

mycobionte, soit par coévolution des deux partenaires. L'universalité de ces associa-

tions mutualistes reste souvent ignorée des physiologistes, qui ont souvent tendance à

étudier les phototrophes terrestres sans tenir compte de la présence de partenaires fon-

giques. C'est pourtant une donnée majeure de la physiologie et de l'évolution de ces

organismes.

REMERCIEMENTS - Ce travail doit beaucoup aux documents et aux informations fournis par A.

Bellemere, B. Boullard, J. Dexheimer, J.G. Duckett, R. Honegger, M. Kluge, J. Kohlmeyer, F.

Oberwinkler, E. Schmid et C. Van Haluwyn. Il a également profité des observations constructives

d'un relecteur anonyme. Que tous soient chaleureusement remerciés de leur contribution, ainsi que

toute l'équipe du Laboratoire de Microbiologie Forestière de l'INRA à Nancy pour son soutien.

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IN VITRO INHIBITORY ACTIVITY OF TRICHORZIAND

ON SCLEROTIUM ROLFSII SACC.

A. CORREA’, S. REBUFFAT , B. BODO’, M.-F. ROQUEBERT ,

J. DUPONT’ and L. BETTUCCI

'Seccién Micologia, Facultad de Ciencias, Universidad de la República.

T. Narvaja 1674, CP 11200, Montevideo, Uruguay.

"Laboratoire de Chimie, MNHN, Paris.

"Laboratoire de Cryptogamie, MNHN, Paris.

ABSTRACT - Trichorzianines A and B obtained from Trichoderma harzianum were tested on the

mycelial growth of Sclerotium rolfsii. Bioassays evidenced that the trichorzianines had different

inhibitory activity. These metabolites produced a change in the morphogenetic pattern of mycelia.

Bioassays also showed that trichorzianines A inhibited the own mycelia of T. harzianum, which

could be considered as an absence of immunity. Effects of trichorzianines on plasma membrane are

discussed,

RESUME - Les trichorzianines A et B obtenues à partir de cultures de T. harzianum ont été testées

pour leur activité antagoniste sur le développement mycélien de S. rolfsii. Les résultats

expérimentaux montrent que les deux types de trichorzianines ont des activités différentes sur la

croissance et la morphogenése mycéliennes de S. rolfsii. Les essais effectués mettent aussi en

évidence l'absence d'auto-immunité de T. harzianum vis à vis de ses propres trichorzianines. L'effet

probable de ces dernieres sur les membranes cellulaires est discuté.

KEYWORDS - Sclerotium rolfsii, Trichoderma harzianum, growth inhibition, trichorzianines, self-

inhibition

INTRODUCTION

Several studies about antibiotic production by fungal strains and their effect on

different plant pathogens were performed under laboratory conditions being T.

harzianum one of the most active (Fravel, 1988; Ghisalberti et al., 1990; Scarselletti &

Faull, 1994). However, very little is known about the antibiotic activity of T. harzianum

on mycelial growth of the important soilborne plant pathogen Sclerotium rolfsii (Bell et

al, 1982). Three categories of antibiotics produced by T. harzianum (and other

Trichoderma species) can be recognized: "volatiles", e.g. 6-pentyl-o-pyrone [6-p-p] and

most of the isocyanide class of compounds; "leachables", materials with some

solubility in water and "peptaibols", which consist of hydrophobic peptides (Ghisalberti

& Sivasithamparam, 1991). These last compounds are peptides with 7 to 20 aminoacid

residues, containing a high proportion of -aminoisobutyric acid, with acetylated N-

terminal and C-terminal aminoalcohol (Bodo er al., 1985; El Hajji et al., 1987, 1989).

Source : MNHN. Paris

186 A. CORREA et al.

Trichorzianines are a mixture of molecules of the peptaibol class produced by T.

harzianum which, interact with lipid membranes and modify their permeability (El

Hajji et al., 1989).

TA are linear neutral monodecapeptide with an acetyleted N terminal residue

and a C terminal amino alcohol. TB are the acidic anlogues due to the replacement of a

glutamine at position 18 in the sequence by a glutamic acid.

The aim of this work was to evidence a causal link between trichorzianines

produced by T. harzianum and their in vitro inhibitory activity on the mycelial growth

of S. rolfsii as well as on the T. harzianum mycelium itself.

MATERIALS AND METHODS

Fungal strains

Trichoderma harzianum Rifai (MVHC 6063) was used for production of

trichorzianines and Sclerotium rolfsii Sacc. (MVHC 5407) was the plant pathogen used

in this study. Each fungus was subcultured on 2% malt-agar (MA) and grown at 24°C in

the dark and the strains were preserved on 2% MA slopes at 5°C.

Extraction of trichorzianines

Fungal cultures were performed by inoculating 200 ml of synthetic media with

1 ml of spores suspension in 1 1 Roux flasks. The synthetic medium was composed of:

5 g glucose; 0.8 g KH,PO,; 0.7 g KNO,; 0.2 g CaHPO,; 0.5 g MgSO,; 10 mg MnSO,;

10 mg ZnSO,; 5 mg CuSO,; 1 mg FeSO,; in 1 | distilled water pH 6. Sixty flasks of

stationary culture were incubated at 24°C until sporulation. Extraction of

trichorzianines was performed according to the method proposed by Rebuffat ef al.

(1991).

Each liquid culture of T. harzianum was filtered in a Büchner funnel to separate

mycelium from culture broth. Wet mycelium was extracted three times with methanol

at room temperature and the extracts combined and evaporated to dryness. The filtered

broth was extracted three times with n-butanol, the extracts were then combined and

evaporated to dryness. Both mycelial and broth extracts were treated with hexane using

the same procedure as for methanol or n-butanol. The insoluble broth fraction obtained

was initially fractionated by Sephadex LH-20 chromatography (MeOH), then on silica-

gel column (SiO, Merck; CH,Cl/MeOH 80:20-50:50). Thin-layer chromatograms

(TLC) were performed on all kinds of extracts using a SiO, plate (Polygram Sil G/UV);

CH,CL/MeOH 80:20, and visualized by spraying with anisaldehyde/H,SO,/acetic acid

(1:0.5:25) reagent or H,SO, 10% (v/v). Trichorzianines yet obtained by the co-authors

were used as control for the TLC.

Bioassays

The different fractions obtained were tested for their antagonistic activity

against the mycelial growth of S. rolfsii A methanol solution of each fraction was

Source : MNHN, Paris

IN VITRO ACTIVITY OF TRICHORZIANINES ON SCEROTIUM ROLFSII 187

mixed with 2% liquid MA (45-50*C) and 2.5 ml were poured in small Petri dishes (5

cm diameter), which were then inoculated with a fresh sclerotium (14 days old) and

incubated at 24°C. The inhibitory activity of the peptide mixture was tested with 25, 50

and 100 pg. ml of MA medium and, the trichorzianines A and B at 100 ugml. Four

sets of concentrations with 0, 2, 4 and 10 ul.mI'" of methanol in 2% MA were prepared

as controls to evaluate the incidence of methanol on mycelial growth. Treatments and

controls were replicated five times. The diameter of the S. rolfsii colonies was

measured and the percentages inhibition of growth was calculated from mean values at

72 has follows: 100-(dt.100/DT), where dt is the diameter of the treated colony and DT

is the diameter of the control. Differences between the inhibitory activity of each T.

harzianum extract on the S. rolfsii mycelium were evidenced by means of ANOVA.

(Service des Etudes Statistiques, Institut Technique des Céréales et des Fourrages,

France, STAT-ITCF). Mycelial growth was observed until 12 days.

The activity of trichorzianines A on mycelial growth of T-harzianum was tested

and dry weigth of mycelium was calculated. The inhibitory activity was calculated as

previously described for $. rolfsii.

RESULTS

The soluble hexane fraction from T. harzianum mycelia and broth had not

affected the mycelial growth of S. rolfsii as well as insoluble hexane fraction extracted

from mycelium (P>95%). Conversely, the insoluble hexane fraction extracted from

broth inhibited the mycelial growth. When this extract was fractionated on Sephadex

LH 20 a peptide mixture was obtained. The activity of this fraction showed that the

inhibitory activity increased up to 80% at a concentration of 100 релт! (P>99%, Plate

1). The peptide mixture fractionated on silica gel resulted in two groups of

trichorzianines termed A (TA) and B (TB). TA inhibited 70% (P>99%) and TB 36%

(P>95%) of the Sclerotium mycelial growth (Table 1).

Table 1. Inhibition of S. ro/fsii mycelial growth after 72 hours (in percent, GI%) by mycelium,

mixture and different peptides fractions. Values follow by a differ at probability (P)>95%, b at

P>99% as determined by ANOVA and c do not differ.

Tableau 1. Activité inhibitrice du mycelium, du mélange et des différentes fractions peptidiques sur

la croissance de S. rolfsii après 72 heures de culture (en % par rapport au témoin). Les valeurs suivies

de a different avec une probabilité (P)> à 95%, b> 99% et c n'est pas différente du témoin.

Products Concentration of products GI%

(иет)

Mycelium fraction. 2x10° 9а

Mixture of peptides: 25 lle

50 56a

100 80b

Trichorzianines A 100 70b

Trichorzianines B. 100. 36a

Source . MNHN, Paris

188 A. CORREA et al.

Plate 1. Peptide growth inhibition of S. rolfsii after 96 hours. 1: S. rolfsii control growing on MA

medium; 2-4: mixture of peptides at different concentrations (25, 50, 100 ug. mI.) 5: Effect of low

molecular weight fraction. 6: Effect of peptide mixture (100 pg.ml |) on growth pattern of S. rolfsii

after 10 days. Strands of mycelium are opening up in a fanlike fashion. 7: Trichorzianines A growth

inhibition of S. rolfsii after 96 hours. Left: S. rolfsii control growing on MA medium; right: with TA

(100 ug.mr

Source : MNHN, Paris

IN VITRO ACTIVITY OF TRICHORZIANINES ON SCEROTIUM ROLFSII 189

Growth was limited but never completely stoped and after 10 days the mixture

of peptides induced change of growth pattern of S. rolfsii at 100 pg.mI"'. Strands of

aerial mycelium grew out, opening up the growth front of the colony in a fanlike

fashion. At 25 and 50 реті", the colonies were similar to the control. On the other

hand, trichorzianines A isolated from T. harzianum inhibited 65% of the mycelial

growth of the same strain. In this case colonies were restricted but more dense than the

control therefore the dry weigth was evaluated. Results showed reduction to 5896 dry

weigth in relation to the control.

DISCUSSION

Results showed that when trichorzianines were present in the culture media the

mycelial growth of S. rolfsii was noticeably reduced. Moreover, at higher

concentration, higher inhibition was evidenced. It has been shown previously that

trichorzianines increase the permeability of synthetic lipid membranes and also cause

the lysis of the D. discoideum amoeba (El Haijji et al., 1989). Other peptidic antibiotics

produced by Trichoderma species have shown that they act with a similar mechanism

(Ramesh et al., 1977). Thus, trichorzianines could have probably induced disruptions in

the plasma membrane of Sclerotium.

Trichoderma metabolites not only affected mycelial rate ofgrowth of S. rolfsii

but also produced a change in the normal morphogenetic pattern. At the highest

trichorzianines concentration, the mycelium was aggregated after 10 days and grew

upwards. Peptide activity was fungistatic but not fungicidic.

The differences in the inhibitory activity of TA, which is higher than TB's,

could be related to the neutral property of the former and the acidic character of the

latter (EL Hajji et al. 1987). The interaction of the peptide TB with the lipid membrane

could be prevented by its acidic property (El Hajji er al., 1989). The mycelial growth

inhibition of 7. harzianum by the TA seems to indicate an absence of immunity of the

mycelium towards its own antibiotic metabolites contrary to the autoimmunity

Observed for the microcin peptide antibiotics produced by some Enterobacteriaceae

(Baquero & Moreno, 1984; Gaggero er al., 1993). It is assumed that in filamentous

fungi the distribution of primary and secondary metabolism is separated in space and

time (Moss, 1984; Griffin, 1994). In nature, metabolites such as trichorzianines are

probably produced by more differenciated parts of the mycelium. They do not

necessarily act on hyphal tips where growth occur. In our experiments TA was present

all over the medium and by the way inhibited the growth.

Planche 1. Effet inhibiteur du mélange de peptides sur la croissance de S. rolfsii après 96 heures. 1: S.

rolfsii témoin sur milieu MA; 2-4: avec mélange de peptides à diverses concentrations (25, 50, 100

ug.ml"'); 5; avec la fraction à bas poids moléculaire; 6: avec le mélange de peptides après 10 jours

de culture, Les cordons mycéliens se dressent en forme d'éventail. 7: Inhibition de la croissance de S.

rolfsü par la trichorzianine A (100 ug.mi”!) après 96 heures. Témoin à gauche.

Source : MNHN. Paris

190 A. CORREA et al.

We are very grateful to M. Massias (Laboratoire de Chimie, MNHN, Paris) M. Dumont (Laboratoire

de Cryptogamie, MNHN, Paris) for their technical assistance.

This research has been supported by the Scientific and Technical Uruguayan-French Cooperation.

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Source : MNHN, Paris

Cryptogamie, Mycol. 1995, 16 (3): 191-194 191

NHANCED SECRETION OF ELICITINS BY PHYTOPHTHORA

FUNGI EXPOSED TO PHOSPHONATE

Valérie PEREZ’, Ali M. MAMDOUHF, Jean-Claude HUET’, Jean-Claude PERNOLLET'

and Gilbert BOMPEIX’ *

"Laboratoire d'Etude des Protéines, Département de Physiologie et Biochimie végétales,

INRA Versailles, Route de St Cyr, F-78026 Versailles Cedex

“Laboratoire de Biochimie et Pathologie Végétales, Université Paris VI, 4 place Jussieu, C155,

F-75230 Paris Cedex 05.

ABSTRACT - Even though the phosphonate ion drastically reduced the mycelium growth of

Phytophthora cryptogea and P. capsici, it increased considerably the secretion of elicitins (protein

elicitors). The enhanced elicitin production, caused by phosphonate, would contribute in activating

the plant defences against the fungal aggression.

RÉSUMÉ - La présence de phosphonate provoque une réduction de la croissance du mycélium de

Phytophthora cryptogea et P. capsici et une augmentation considérable de la secrétion d'élicitines

(éliciteurs de nature protéique). Cette production accrue d'élicitines, due au phosphonate, pourrait

contribuer à l'activation des mécanismes de défense des plantes contre les attaques fongiques.

MOTS CLÉS: Phytophthora, éliciteurs protéiques, phosphonate.

INTRODUCTION

The phosphonate ion (H,PO,-), is active against many genera of Oomycetes

such as Phytophthora, fungal genus represented by numerous species parasitizing

diverse types of economically important crops. Phosphonate has a direct inhibitory

effect on fungal growth (Bompeix & Saindrenan, 1984; Fenn & Coffey , 1984, 1985;

Smillie er al., 1988; Bompeix, 1989; Griffith er al., 1989). It also alters drastically the

metabolism of the pathogen, resulting in stimulation of the plant defence mechanisms

(Bompeix er al., 1985; Guest, 1986; Saindrenan & Bompeix, 1986; Saindrenan er al.,

1988; Guest er al.,1989; Dunstan et al., 199 Nemestothy & Guest, 1990; Ali et al.,

1993). The combined effect of pathogen inhibition and of plant defence induction are

due to the phosphonate, which finally provides effective and durable control of plant

diseases (Guest & Bompeix, 1990). The latter effect involves the potential role of

elicitors. It has in fact been shown that phosphonate is responsible for a significant

increase in elicitor glycoconjugates produced by Phytophthora capsici (Rouhier et al.,

1993).

ee ae eae

^ * Author to whom correspondence should be addressed.

Source - MNHN. Paris

192 V. PEREZ et al.

Except Phytophthora parasitica var. nicotianae, all the phytopathogenic

Phytophthora fungi species, so far studied, secrete large amounts of holoprotein

elicitors called elicitins (Pernollet et al., 1993). Elicitins from different species of

Phytophthora, when applied to tobacco, at equal doses, exhibit different levels of

toxicity, but induce protection at the same level (Ricci et al., 1989). They are also toxic

to diverse plants other than tobacco (Pernollet et al., 1993; Kamoun et al., 1993; Huet

et al., 1994)). Elicitins offer the possibility of precise quantitation in culture filtrates.

During the P. cryptogea growth, in absence of phosphonate, the amount of secreted

elicitin was found to be proportional to the weight of mycelium (Tercé-Laforgue et al.

1992)). We therefore undertook the comparison of the elicitin secretion in presence of

phosphonate, using 2 different Phytophthora species, P. cryptogea, which mainly

secretes cryptogein and P. capsici, which secretes capsicein.

EXPERIMENTAL

P. cryptogea (isolate 52 from the culture collection of Antibes INRA station

and P. capsici (isolate 147) were grown in petri dishes, in a standard liquid mediun

containing asparagine (2g L-1) as the only nitrogen source (Pernollet et al., 1993) or ir

this medium complemented with phosphonate (3 mM). Studies were conducted in five

replicates at 25°C in darkness. Filtrates (20 ml) and mycelia from the Sth and the 16th

days were separated by filtration on 0.45 ym filters (Millipore HV type). Mycelia wer:

carefully washed with pure water, dessicated for 24 h before being weighed. Th:

elicitin content of the filtrate was determined from the value of the peak height witl

reference to purified elicitin calibration after analytical reverse-phase high performance

liquid chromatography, as already described (Tercé-Laforgue et al., 1992).

RESULTS AND DISCUSSION

Table 1 shows the comparison of the excretion of cryptogein and capsicein in

presence and absence of phosphonate. In the absence of phosphonate, the amount of

secreted elicitins were proportional to the mycelium growth (data not shown), as

already observed in case of P. cryptogea (Tercé-Laforgue et al., 1992), and the amount

secreted by P. capsici was about twice that produced by P. cryptogea. Addition of

phosphonate to the medium increased its yield by a factor of 8 for cryptogein and 5.5

for capsicein (16th day).

From these experiments we conclude that not only the phosphonate ion affects

considerably fungal growth, but that it also causes a drastic increase of the elicitin

secretion and/or leakage. Enhanced amount of elicitins, which effectively activates the

plant defences (Ricci et al, 1989), would contribute to strengthening the host plant

defence against fungal attack. As per our knowledge, this is the first biochemically

characterized plant elicitor induced by phosphonate treatment. Since in all earlier

instances elicitors were characterized only indirectly. Phosphonate is likely to be a

Source : MNHN, Paris.

PHYTOPHTHORA EXPOSED TO PHOSPHANATE 193

Phytophthora capsici

Time (day) Mycelium: mg dry wt Capsicein (ug.mg-1 mycelium dry wt)

Control H,PO, Control H,PO,

205,6a 67,6a 5,la 10,5a

16 359,2b 334b* | 43a | 257b

Phytophthora cryptogea

Time (day) Mycelium: mg dry wt Cryptogein (ug.mg-1 mycelium dry wt)

Control. H,PO, Control. H,PO,

5 210,2a 7,6a 3,0a 24,2a

16 414,4b 27,4b 1,8a 144a

TABLE 1: Mycelium growth and elicitin production in the culture medium in absence and presence

of phosphonate (mean of five replicates), * : partial autolysis.

Values with the same letter (within a column) are not significantly different according to Duncanis

Multiple Range Test (P= 0,05).

useful tool in order to study the regulation of the elicitin expression at the molecular

level in future experiments.

ACKNOWLEDGEMENTS - The authors are grateful to Michael O'Donohue for his kind help in

preparing this manuscript and to Mauricette Sallé-Toume for her skilled technical assistance.

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OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE

Е.Е. СКЕРРҮ“, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

Laboratoire de Toxicologie et d'Hygiène Appliquée.

Université de Bordeaux II, 3 ter Place de la Victoire 33000 Bordeaux

RÉSUMÉ - L'ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine produite par des moisissures des genres

Aspergillus et Penicillium. C'est un contaminant alimentaire retrouvé essentiellement dans les céréa-

les (blé, mais, seigle, orge), mais aussi dans les abats et les viandes d'animaux nourris avec des

aliments contaminés, ainsi que dans le café, le cacao, les haricots et les fruits secs. Après avoir éli-

miné toutes les causes possibles l'OTA est maintenant considérée comme l'agent causal principal de

là néphropathie endémique des Balkans (NEB) qui sévit dans les zones rurales des Balkans,

(Bulgarie, Croatie, Slovénie, Bosnie, Roumanie). Il s'agit d'une tubulonéphrite interstitielle d'évolu-

tion lente, trés souvent associée à des tumeurs du tractus urinaire. En plus de la néphrotoxicité et de

la cancérogénicité, l'OTA est immunosuppressive, génotoxique, et tératogène, elle perturbe égale-

ment le métabolisme glucidique et la coagulation sanguine. L'OTA est métabolisée in vitro et in vivo

par plusieurs sous-familles de cytochromes P-450 en plusieurs métabolites dont le [4R]-4-hydroxyo-

chratoxine A qui présente une cytotoxicité analogue à celle de l'OTA et se montre aussi immunosup-

pressive in vivo. L'OTA doit son importance actuelle sur le plan de la santé publique et sur le plan

économique à son implication dans la NEB, et aussi au fait qu'elle a été retrouvée dans le sang de

personnes vivant en Allemagne et dans d'autres pays d'Europe, en France, en Scandinavie, au

Canada, au Japon et en Afrique du Nord. La toxicité aiguë et la toxicité chronique de l'OTA sont liées

directement ou indirectement à sa propriété d'inhiber la synthèse des protéines par compétition avec

1а phénylalanine dans les réactions catalysées par la phénylalanyl-tRNA synthétase. Les effets cyto-

toxiques des ochratoxines sont aussi en partie liés aux processus oxydatifs, à la mobilisation du

calcium intracellulaire, à l'inhibition de la respiration mitochondriale et à l'inhibition de la synthèse

d'ATP. A cause de la difficulté à corréler les effets potentiels de l'OTA avec sa présence dans le sang

humain, tous les effets observés expérimentalement chez l'animal n'ont pas encore pu être mis en

évidence chez l'homme, Mais les effets toxiques les plus à craindre sont la néphrotoxicité, la térato-

genèse et la cancérogenèse.

MOTS-CLÉS - Mycotoxines, aliments, ochratoxines, néphropathie endémique des Balkans, géno-

toxicité, cancérogénicité.

INTRODUCTION

De très nombreuses espèces fongiques produisent, dans les conditions de tempé-

rature et d'humidité optimales, des substances qui présentent de multiples activités.

Parmi ces substances, les mycotoxines dont les effets toxiques sur l'Homme et les ani-

maux sont connus, démontrés ou fortement suspectés, sont produites par cinq genres

ee ee ee

Pour les correspondances.

Source - MNHN. Paris

196 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER.

majeurs de moisissures: Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria et Claviceps, en

plus du genre Gibberella qui produit une mycotoxine dont un métabolite a été autrefois

utilisé comme anabolisant du bétail, (Van der Merwe et al., 1965a, b; Scott et al., 1972;

Krogh, 1987; Steyn, 1993).

Ces mycotoxines sont regroupées dans quelques grandes familles plus ou moins

homogènes sur le plan structural: aflatoxines, trichothécènes, ochratoxines, fumonisi-

nes, ergotoxines, citréoviridines et mycotoxines trémorgéniques.

Parmi les maladies humaines ou animales liées à la présence de ces mycotoxi-

nes dans les aliments d'origine végétale, les hépatocarcinomes, l'aleucie toxique alimen-

taire, la néphropathie endémique des Balkans et l'encéphalomalacie équine respective-

ment en relation avec les aflatoxines, les trichothécènes, les ochratoxines et les fumo-

nisines sont les plus connues et surtout les plus redoutées actuellement. Malgré de très

nombreux travaux depuis les années 60, la pathogénie et l'épidémiologie des maladies

liées aux mycotoxines comportent encore quelques points à élucider. Les problèmes

posés par les mycotoxicoses à la santé publique dans le monde (plus dans les pays

pauvres que dans les pays riches) sont probablement plus graves que ce qui est globa-

lement perçu. En effet, en plus des effets toxiques chroniques généraux, de nombreuses

mycotoxines sont génotoxiques, mutagènes, et/ou cancérogènes, IARC 1982, 1993,

IPCS 1990.

L'ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine produite par des moisissures des

genres Aspergillus et Penicillium (van der Merwe et al., 1965a, b). Elle est retrouvée

essentiellement dans les céréales (blé, maïs, seigle, orge), mais aussi dans les abats et

les viandes d'animaux nourris avec des aliments contaminés, ainsi que dans le café, le

cacao, les haricots et les fruits secs etc. (Krogh, 1977, 1987).

L'importance de l'OTA sur le plan de la santé publique et sur le plan économi-

que va grandissant à cause de son implication dans la Néphropathie Endémique des

Balkans, (NEB) une tubulonéphrite interstitielle chronique souvent associée au stade

terminal à des tumeurs pelviennes urétrales et vésicales, (Krogh, 1974; Chernozemsky

et al., 1977; Petkova-Bocharova er al., 1988) et depuis qu'elle a été retrouvée dans le

sang de personnes vivant en Allemagne et dans d'autres pays d'Europe, en Scandinavie,

au Canada et au Japon (Bauer & Gareis, 1987; Kuiper-Goodman & Scott, 1989; Brei-

tholtz et al., 1991; Creppy et al., 1993; Kawamura et al., 1993).

Le pourcentage du nombre de personnes OTA positives est d'environ 22% en

France contre 40 à 60% dans d'autres pays d'Europe et les taux sériques chez l'homme

sont en moyenne légèrement inférieurs en France, (Creppy et al., 1993) à ceux qui ont

été trouvés dans les pays d'Europe du Nord et dans les Balkans. Cela démontre que le

problème de l'ochratoxicose animale et humaine n'est pas circonscrit aux pays balkani-

ques, mais concerne tous les pays d'Europe.

Nos résultats obtenus en Tunisie et en Algérie, (Achour et al., 1993; Bacha et

al., 1993; Khalef et al., 1993) concernant l'ochratoxicose humaine et animale montrent

que la contamination par l'OTA concerne le monde entier.

En plus de la néphrotoxicité et de la cancérogénicité, l'OTA est immunosup-

pressive, (Haubeck er al., 1981; Prior & Sisodia, 1982; Creppy er al, 1982, 1983a;

Dwivedi & Burns, 1984; Holmberg et al., 1988; Lea et al., 1989; Wiger & Størmer

1990; Størmer & Lea 1995) génotoxique, (Creppy et al., 1985; Pfohl-Leszkowicz et al.,

Source : MNHN. Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 197

1991, 1993a, b, с) et tératogéne, (Hayes et al., 1974; Gilani et al., 1978; Arora &

Frôlen, 1981; Mayura er al., 1984, 1989), elle perturbe également le métabolisme

glucidique (Suzuki & Satoh, 1973) et la coagulation sanguine (Galtier et al., 1979;

Gupta et al., 1979; Pohland et al., 1992; Størmer, 1992).

L'OTA se lie aux protéines sanguines. Elle est métabolisée in vitro et in vivo

par plusieurs sous-familles de cytochromes P-450 en plusieurs métabolites dont le

[4R]-4-hydroxyochratoxine A (Størmer et al., 1981; Ueno, 1985; Chakor et al., 1988;

Castegnaro et al., 1989; Hennig et al., 1991; Størmer, 1992; Fink-Gremmels et al.,

1993), qui présente une cytotoxicité analogue à celle de l'OTA (Creppy et al., 1983b)

et se montre aussi immunosuppressive in vivo (Creppy et al., 1983a).

Le problème de la toxicité de l'ochratoxine A (OTA), qui contamine la chaîne

alimentaire de l'homme et des animaux devient de plus en plus complexe depuis que

des analogues naturels toxiques de l'OTA ont été découverts (Hadidane et al., 1992) et

que lochratoxine alpha considérée comme non toxique s'est révélée génotoxique

(Fôllmann er al., 1995).

La présence de l'ochratoxine A dans l'alimentation et le sang des personnes en

France, en Europe et ailleurs dans le monde, sans pathologie directement associée

contrairement à ce qui se passe dans les Balkans, soulève plusieurs questions - quelles

sont les conséquences réelles de l'ochratoxicose chez l'homme? - allons nous assister à

une augmentation des cas de néphropathie et de tumeurs du tractus urinaire en relation

avec l'ochratoxine ailleurs que dans les Balkans?

A la lumiére des résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire, les auteurs

s'efforceront d'indiquer les conséquences prévisibles de l'exposition prolongée à l'ochra-

toxine A.

I- ORIGINE ET PRODUCTION

L'ochratoxine A (OTA) a été isolée pour la première fois en Afrique du Sud

dans des cultures d'Aspergillus ochraceus, au cours d'un "screening" à la recherche

d'antibiotique (van der Merwe er al., 1965). En laboratoire, de nombreuses moisissures

cultivées en milieu liquide ou solide ont produit de l'OTA. Ce sont tout d'abord diffé-

rentes souches d'Aspergillus, (Tableau 1a). La souche Aspergillus ochraceus n? NRRL.

3174 cultivée en milieu liquide ou solide est capable de produire des analogues naturels

de l'OTA dans lesquels la phénylalanine est remplacée par un autre acide aminé. Plu-

sieurs de ces analogues ont déjà été isolés et identifiés (Hadidane er al., 1992). Ils

présentent une cytotoxicité variable en fonction de l'acide aminé dont ils dérivent.

(Creppy er al., 1983c). Des souches de Penicillium (dont Penicillium verrucosum) sont

également capables de produire de l'OTA dans des conditions de température qui se

retrouvent dans les pays tempérés du nord, (Deutsche Forschungsgemeinschaft 1990)

(Tableau 1b).

La production de l'OTA et des analogues dépend essentiellement de deux fac-

teurs, l'humidité ambiante et la teneur en eau du support solide d'une part et la tempéra-

ture d'autre part. Ces toxines sont des métabolites secondaires dont la production ne

commence qu'après plusieurs jours de prolifération des moisissures, A.

Source : MNHN. Paris

198 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER.

Tableau 1a: Principales souches de moisissures qui produisent de l'ochratoxine A*

Familles

Aspergillus Micheli

Groupe Aspergillus ochraceus

Penicillium Monoverticillata:

Penicillium frequentans

Penicillium Asymmetrica-Lanata:

P. commune

Penicillium Asymmetrica-Fasciculata

P. verrucosum

P. cyclopium

Penicillium Biverticillata-Symmetrica

P. purpurogenum

Espèce

Asp. sulphureus (Fres.) Thom and Church

Asp. sclerotiorum Huber

Asp. alliaceus Thom and Church

Asp. melleus Yukawa

Asp. ochraceus Wilhelm

Asp. ostianus Wehner

Asp. petrakii Vörös

P. purpurescens Sopp

P. commune Thom

P. viridicatum Westling

P. palitans Westling

P. cyclopium Westling

P. aurantiogriseum

P. variabile Sopp

Tableau 1b: Souches de moisissures productrices d'ochratoxine A qui produisent par ailleurs d'autres

toxines néphrotoxiques ou cohabitent avec des moisissures productrices de mycotoxines majeures

(aflatoxines, acide penicillique, citrinine)

Moisissures et co-production

P. purpurescens

P. commune

P. aurantiogriseum, P. viridicatum

Aspergillus sulphureus

Asp. ochraceus

Asp. petrakii

Moisissures et co-habitation

Asp. ochraceus et Asp. flavus

Asp. ochraceus et divers Penicillium

Toxines co-produites

Citrinine

Acide penicillique,

Citrinine, acide penicillique, viomelléine

Acide penicillique

Acide penicillique, viomelléine

Acide penicillique

Aflatoxines

Citrinine, patuline, acide cyclopiazonique,

acide penicillique,acide kojique, etc...

* Données sélectionnées à partir du rapport du Deutsche Forschungsgemeinschaft (1990)

Source : MNHN. Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 199

ochraceus peut produire plus de 400mg/kg de mais dans les conditions de laboratoire.

Mais les concentrations les plus élevées qu'on ait trouvées dans des aliments contami-

nés sont de 28 ug/kg en Europe et 48 ug/kg en Afrique du Nord (Krogh, 1987; Van

Egmond, 1991; Maaroufi et al., 1995)

Quelquefois les moisissures qui produisent l'ochratoxine A peuvent produire en

méme temps d'autres toxines ou cohabiter avec d'autres moisissures qui produisent des

toxines différentes, telles que la citrinine produite par certains Penicillium (Sansing et

al., 1976; Kanisawa, 1984) ou les aflatoxines produites par Aspergillus flavus (Steyn,

1993). Ces toxines et bien d'autres présentent des synergies avec l'OTA. Ce qui peut

poser des problémes quant à l'attribution des effets toxiques observés.

П - ÉTIOLOGIE DES INTOXICATIONS

Dans certaines régions des Balkans (notamment la région de Kaniza) les per-

sonnes atteintes de néphropathie et/ou de tumeurs du tractus urinaire ont de l'OTA dans

le sang (de 2 ng à 40 ng/ml) et des concentrations d'OTA plus élevées dans la nourriture

que dans les autres zones (Chernozemsky et al., 1977; Ceovic et al., 1976; Plestina et

al., 1990; Petkova-Bocharova et al., 1991). On trouve aussi plus d'OTA dans le sang

des personnes saines des régions infestées par les moisissures toxinogènes que dans le

sang des populations saines des autres régions. La néphropathie observée chez ces

personnes a beaucoup de ressemblance avec celle observée chez le porc suite à une

contamination naturelle des aliments par des moisissures productrices d'ochratoxines,

ou reproduite expérimentalement chez le porc par ajout d'OTA pure à la nourriture

(Krogh, 1977; Madsen et al., 1982; Mortensen et al., 1983). Pour toutes ces raisons et

aprés avoir éliminé toutes les autres causes possibles, l'OTA est considérée comme

l'agent causal principal de cette maladie, la néphropathie endémique des Balkans (NEB)

qui est une tubulonéphrite interstitielle d'évolution lente, trés souvent associée à des

lumeurs du tractus urinaire (Chernozemsky et al, 1977; Petkova-Bocharova et al.,

1988).

Dans tous les pays où l'OTA a été cherchée, elle a été trouvée aussi bien dans

l'alimentation (céréales, fruits secs, haricots, café, cacao, bière, etc.) que dans le sang

humain et celui des animaux tels que porcins et volailles (Krogh, 1987; Kuiper-

Goodman & Scott, 1989), alors que chez les digastriques seules de très faibles traces

d'OTA sont détectées en plus de la partie isocoumarinique appelée OTalpha qui pro-

vient du clivage de l'OTA par des bactéries du tube digestif de ces herbivores.

L'OTA a été retrouvée dans le lait de femme en Italie (Micco et al., 1991) et

dans le lait de vache. Ces deux aliments constituent donc une source de contamination

pour les enfants en bas âge.

Plusieurs données permettent de penser que les analogues de l'OTA participent

également à l'intoxication, car les effets toxiques sont toujours plus sévères quand les

animaux sont nourris avec des aliments moisis que lorsqu'ils reçoivent la même quan-

tité d'OTA pure dans leur ration (Madsen er al., 1982).

Bien qu'on n'ait pas pu démontrer le lien direct de cause à effet entre l'OTA

dans l'alimentation, dans le sang humain et des cas de néphropathie dans les pays d'Eu-

Source : MNHN. Paris

200 EE. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

rope autres que les Balkans, il est toujours possible de montrer que lorsque la prise

journalière d'OTA est calculée sur les bases des concentrations trouvées dans les ali-

ments et la ration type d'une population donnée, la concentration sanguine d'OTA re-

fléte les niveaux de contamination des aliments (Kuiper-Goodman & Scott, 1989;

Breitholtz er al., 1991)

Une étude récente effectuée en Tunisie englobant des patients atteints d'une

néphropathie interstitielle chronique et des témoins non-malades a montré que dans

plus de 90% des cas les taux sanguins d'OTA étaient en rapport avec les taux de con-

tamination des aliments chez les malades. Ces taux étaient significativement plus éle-

vés que ceux des témoins (p<0,001), 16ppb dans la nourriture et 1,2ng/ml de sang en

moyenne contre 2200 ppb en moyenne et > 50 ng/ml de sang en moyenne (Maaroufi

et al., 1995)

Cette étude montre aussi que les patients qui surveillent leur alimentation et

évitent les aliments susceptibles d'étre contaminés voient leur taux sanguins d'OTA

baisser. Tous ces éléments sont en faveur d'une origine presque exclusivement alimen-

taire de l'intoxication par l'ochratoxine A. Mais un cas d'intoxication par inhalation a

été décrit en Italie où des paysans ont présenté une insuffisance rénale aiguë après avoir

respiré des spores d'Aspergillus ochraceus dans un grenier resté fermé pendant deux ans

(Di Paolo et al., 1993). Il n'est donc pas impossible que des personnes puissent être

intoxiquées par la manutention de céréales contaminées par des moisissures productri-

ces d'ochratoxine, comme cela a été décrit pour l'aflatoxine B1 chez des dockers

(Baxter et al., 1981).

III- ABSORPTION, DISTRIBUTION DE L'OCHRATOXINE A

AJ Absorption et fixation aux protéines sanguines

Il est utile de rappeler la structure de l'OTA, qui est l'analogue structural de la

L-B-phénylalanine couplée à une 7-dihydroisocoumarine chlorée en 5 (van der Merwe

et al., 1965). Le chlore jouerait un rôle important dans la toxicité par son électronéga-

tivité. En perdant son chlore l'OTA perd en très grande partie sa cytotoxicité, car sem-

ble-t-il OTB qui est le dérivé non-chloré de l'OTA franchit moins bien les bio-membra-

nes et agit moins bien au niveau cellulaire (Stormer et al., 1985; Roth et al., 1989).

L'OTA est un acide faible qui en milieu acide est plutót soluble dans les solvants orga-

niques et donc lipophile, et en milieu alcalin soluble dans l'eau. L'OTA est donc très

bien absorbée dans l'estomac, Théoriquement elle devait être moins bien absorbée dans

le jéjunum et dans l'intestin. Mais Kumagai et Aibara (1982) ont montré qu'il n'en est

rien. En effet même en présence de concentrations plasmatiques d'OTA plus élevées

que les concentrations intestinales, la toxine passe préférentiellement de l'intestin vers

le sang. De plus, il y a un cycle entérohépatique qui ramène sans cesse vers l'intestin de

l'OTA native (Roth er al., 1988), des conjugués à l'acide glucuronique, au sulfate, et

sans doute au glutathion. Ces conjugués sont normalement hydrolysés par l'équipement

enzymatique de la flore intestinale et réabsorbés rapidement, ce qui conditionne un

temps de demi-vie extrêmement long dans l'organisme. Les peptidases intestinales ou

spécifiques à certains organes ou introduits dans l'organisme comme additifs alimentai-

Source : MNHN, Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 201

res vont cliver une partie de l'OTA en OTalpha non toxique mais qui se révèle géno-

toxique et dont une partie reformerait de l'OTA.

L'ochratoxine A se lie à 90-95% aux protéines plasmatiques. L'affinité pour les

protéines plasmatiques varie en fonction des espèces animales (Galtier et al., 1981).

C'est le facteur déterminant dans la demi-vie de l'OTA. L'OTA se lie à deux entités

protéiques dans le plasma. L'albumine sérique avec une affinité de 1 x 10* M" et une

protéine de masse molaire 20 000D, avec une affinité de 0,23 x 10° M” (Stojkovic et

al., 1984; Sigrid & Hult, 1989). Ce dernier site est considéré comme un site de forte

affinité. C'est là que l'OTA se lie de préférence quand les concentrations plasmatiques

sont faibles. Lors d'études sur culture cellulaire en présence d'albumine sérique les

concentrations cytotoxiques d'OTA varient nettement en fonction du taux de sérum

ajouté au milieu (Grosse er al., 1995; Baudrimont et al., 1995b).

B/ Transport rénal de l'ochratoxine A

Pour son transport intra rénal l'OTA emprunte la voie du succinate, (Ki =3,9

mM), celle du sulfate (Ki 21,2 mM), et celle du para aminohippurate (PAH), (Ki = 0,02

mM ) (Ullrich, 1991). Plus tard nous avons montré en collaboration avec l'équipe du

Professeur Ullrich que l'OTalpha emprunterait les mémes voies, moins efficacement.

L'OTA entre donc en compétition avec les anions organiques (dont le PAH ) (Kane,

1986; Sokol et al., 1988) pour son absorption rénale et aussi avec les cations organiques

dont l'acétate de tétraéthylammonium. L'OTA utilise aussi le méme transporteur que le

probénécide. Les concentrations inhibitrices d'OTA sont de l'ordre de 32 x 10! M'à 1

x 10° M”. Tous ces systèmes de transport ont en général besoin d'ATP. Or l'OTA inhibe

la production d'ATP au niveau mitochondrial in vitro pour des concentrations de l'ordre

de 1 x 10* M" (Friis et al., 1988; Sokol er al., 1988; Jung & Endou, 1989).

Dans des cellules d'origine rénale l'OTA inhiberait les canaux chlore (Gelke er

al., 1993) de à 0.03 x 10° M”. Cette dernière propriété n'aurait peut être pas une impor-

tance déterminante dans la toxicité de l'OTA puisqu'elle siègerait au niveau postproxi-

mal. Et l'OT alpha et l'OTB non toxiques pourraient également inhiber les mêmes

canaux, comme on l'a observé au niveau des transports rénaux de l'OTA, alors qu'elles

n'ont pas d'effet cytotoxique (Creppy et aL, 1983b; Creppy et al., 1986; Kane et al.,

1986b; Roth et al., 1989; Gekle er al.,1993). De plus un tel blocage des canaux chlore

induit une alcalinisation du milieu intracellulaire (Gekle er al., 1993) qui devrait

favoriser la solubilité dans l'eau de la molécule et son élimination.

C/ Distribution de l'ochratoxine A dans le rein, et les autres organes

Les études de biodistribution de l'OTA marquée ont révélé que le tissu rénal

était le plus contaminé (Kane er aL, 1986a, b; Kane 1986; Mortensen et al., 1983;

Fuchs et al, 1988a, b ) en cas d'intoxication aigué ou chronique. La distribution

tissulaire dépend de l'âge. Les jeunes animaux ont plus d'OTA dans les tissus que les

plus âgés pour la même dose ingérée et les femelles ont un peu plus d'OTA que les

mâles, (Kane, 1986; Kane et al., 1986). Cela pourrait expliquer la plus grande suscep-

tibilité des femelles à la néphrotoxicité de ГОТА.

Source : MNHN. Paris

202 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

Ces résultats ont été confirmés en utilisant de l'ochratoxine non marquée et en

ne dosant que la toxine native par CLHP. Plus il y a d'OTA dans le sang plus il y en

aura dans les tissus, surtout ceux qui ont une surcharge lipidique.

La contamination du rein de porc par l'OTA au seuil 25 ug/kg condamnait la

carcasse à étre jetée en Scandinavie et plus particuliérement au Danemark. On a donc

recherché les moyens d'éliminer l'ochratoxine des reins chez le porc. Le premier moyen

proposé était de donner une alimentation sans OTA. Dans ce cas on voit le taux de

contamination tissulaire de l'OTA baisser progressivement pour tomber en dessous du

seuil fatidique de 25 g/kg en quelques semaines (Mortensen et al., 1983) méme si les

lésions rénales persistent. Dans ce cas une relation lie le taux plasmatique et les

concentrations tissulaires, respectivement, pour le rein et le foie, 0,0651 x concentra-

tion plasmatique; et 0,0346 x concentration plasmatique. Ce qui confirme bien que le

rein est toujours plus contaminé que le foie.

IV - MÉCANISME D'ACTION ET MÉTABOLISME GLOBAL

DE L'OCHRATOXINE A

A/ Mécanisme principal: Inhibition de la synthèse protéique

L'ochratoxine A inhibe la synthèse des protéines au niveau de l'étape de l'élon-

gation en empêchant la charge de la phénylalanine sur son tRNA spécifique (Bunge et

al., 1978; Heller & Röschenthaler, 1978; Creppy et al., 1979a, b). Cela entraîne

l'inhibition de la synthèse des protéines dans les cultures de cellules et in vivo, (Creppy

et al., 1983b, 1984, 1986) et en conséquence celle des acides nucléiques (Meisner et al.,

1983). Ce mécanisme a été généralisé aux analogues de l'ochratoxine A possédant un

autre acide aminé à la place de la phénylalanine, qui inhibent respectivement les réac-

tions de l'aminoacyl-tRNA synthétase spécifique de l'acide aminé dont ils sont dérivés

(Creppy et al., 1983c). Depuis, des analogues naturels de l'OTA ont été découverts

(Hadidane et al., 1992). Ce qui confirme qu'en cas de contamination naturelle l'homme

ou l'animal est exposé à un mélange d'ochratoxines avec en conséquence des synergies.

Ce pouvoir inhibiteur de l'OTA qui explique l'essentiel des effets toxiques,

(Creppy et al., 1980) n'épargne pas non plus certains enzymes qui interviennent dans sa

propre métabolisation. Ainsi les taux des CYP-450 et ceux de l'aminopyrine déméthy-

lase et de l'alanine hydroxylase sont abaissés par l'OTA (1,5 mg/kg pendant 15 jours),

alors que les enzymes de la phase II du métabolisme des xénobiotiques ne seraient pas

touchés (Galtier et al., 1984).

B/ Production d'ochratoxine alpha

L'ochratoxine A est transformée au niveau intestinal et in vitro par des peptida-

ses (dont la carboxypeptidase) en OTalpha (Pitout, 1969) non toxique mais dont la

génotoxicité vient d'être démontrée (Föllmann et al., 1995). Chez les bovins adultes

toute l'OTA est ainsi clivée en OTalpha. Pour l'estimation de l'exposition à l'OTA, il

serait sans doute intéressant de déterminer aussi le taux global d'OTalpha.

Source : MNHN, Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 203

C/ Production des dérivés hydroxylés

En présence de NADPH et de microsomes de foie de porc, de rat et d'homme,

ТОТА est métabolisée en composés hydroxylés, les 4[R] et 4[S]-4-hydroxyochratoxine

A (Størmer et al., 1981; Ueno, 1985; Oster et al., 1991). Dans les mêmes conditions et

avec des microsomes de lapin l'OTA donne la 10-hydroxyochratoxine A (Størmer et al.,

1983; Størmer, 1992).

Il a également été montré que l'OTA est substrat de la phénylalanine hydroxy-

lase qui la transforme en partie en tyrosine-ochratoxine A (Creppy ert al., 1990). Ce.

dérivé est cytotoxique (Creppy er al., 1983b) tout comme la 4[R]-4-hydroxyochratoxine

A qui en plus est immunosuppressive (Creppy et al., 19832).

Les CYP-450 impliqués dans la formation des composés hydroxylés de l'OTA

sont chez le rat le CYP-448 ou (CYP1A2) pour l'isomère R et le CYP2BI, pour l'iso-

mère S. Chez le porc, les CYP-450 impliqués seraient CYP2B et CYP2C11 respecti-

vement classés A2 et A3 (Ueno 1985; Galtier et al., 1984; Castegnaro et al., 1989;

Hennig et al., 1991; Fink-Gremmels et al., 1993).

Chez l'homme il a été montré, en utilisant des CYP 450 humains spécifiques

clonés dans des cellules, que ce sont les CYP 1A2, 2D6 et 3A4 qui interviennent essen-

tiellement.

Dans le tissu particulier qu'est le testicule, la [4R]-4-hydroxyochratoxine A est

détectée en réponse à l'exposition des rongeurs à l'OTA. Dans le méme temps le taux de

testostérone augmente fortement sans modification du taux de LH (Gharbi et al., 1993),

Un métabolite plus lipophile que l'OTA et non identifié à ce jour a été trouvé

dans les microsomes de foie de porc (Oster et al., 1991).

L'implication du métabolisme de l'OTA dans sa néphrotoxicité a été analysée

récemment par Delacruz et Bach (1990). De nombreuses données indiquent de plus en

plus que le métabolisme de l'OTA est aussi impliqué dans sa génotoxicité (Suzuki et

al., 1986; Pfohl-Leszkowicz er al., 1993a, b, c; Grosse et al., 1995).

Outre le polymorphisme génétique qui serait impliqué dans la métabolisation

de ТОТА (Hietanen et al., 1986; Castegnaro er al., 1989) il est important de rappeler

l'effet des inducteurs et des inhibiteurs des enzymes du métabolisme des xénobiotiques.

Ainsi le phénobarbital et le méthylcholanthrène inducteurs de CYP-450 diminuent la

toxicité de l'OTA car la valeur de la DL50 est augmentée (Moroï et al., 1985; Chakor et

al., 1988). Cependant un traitement prolongé avec le phénobarbital et l'OTA entraine un

taux de tumeurs hépatiques accru chez la souris (Suzuki er al., 1986). Ce qui signifie

que certains des métabolites formés sous l'effet de cet inducteur sont moins toxiques

que l'OTA mais restent génotoxiques et cancérogénes. Mais un ou plusieurs autres

métabolites formés par d'autres voies métaboliques pourraient également étre génotoxi-

ques. C'est le cas de la tyrosine-OTA (Creppy et aL, 1990) qui n'a plus d'analogie

structurale avec la phénylalanine et qui est toxique cependant par analogie de structure

avec la tyrosine. Il faut rappeler que la phénylalanine n'a aucun effet protecteur contre

les effets génotoxiques de l'OTA in vivo, alors qu'elle protège contre l'intoxication

aiguë et empêche l'inhibition de la synthèse des protéines. Cela pourrait s'expliquer par

l'absence d'analogie structurale avec les composés responsables des effets génotoxi-

ques.

Source : MNHN, Paris

204 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER.

Le pipéronyl butoxyde augmente la toxicité de l'OTA en bloquant son

métabolisme (Chakor et al., 1988). Ce qui est une confirmation de la métabolisation de

l'OTA par la voie des CYP 450 et des enzymes du microsome.

Il y aun si grand nombre de métabolites, que le probléme est trés complexe; (7

dans les hépatocytes de rat, pour l'ochratoxine A seule, Fink-Gremmels et al., 1993) et

peut étre autant pour chaque analogue naturel. Et puis un dérivé non toxique peut ce-

pendant étre génotoxique.

L'existence de dérivés glucuronoconjugués et sulfoconjugués est prouvée (Kane

et al., 1986a; Kane 1986) mais celle de conjugués au glutathion ou dérivés mercapturi-

ques n'a pas été formellement prouvée même si l'apport de N-acétylcystéine diminue la

génotoxicité qui pourrait être liée à ce genre de composé (Pfohl-Leszkowicz et al.,

1993b).

Il apparaît donc clairement que la génotoxicité et la cancérogénicité de TOTA

sont fortement influencées par son métabolisme.

D/ Lipoperoxydation et autres voies oxydatives

En 1988, Rahimtula er aL, ont montré que l'OTA induisait la peroxydation

lipidique en présence de NADPH et de traces de Fe" (Rahimtula et al., 1988; Omar et

al., 1991). Ceue lipoperoxydation peut étre mesurée par la production de malondialde-

hyde (MDA) in vitro et de n-hexane in vivo. La première conséquence de ce mécanisme

est la modification de la perméabilité membranaire et les lésions pouvant conduire à

des nécroses.

La production par l'OTA de radicaux oxygénés suite à la lipoperoxydation est

généralement contrecarrée par des antioxydants et des capteurs de radicaux libres tels

que vitamine À et E, et la superoxyde dismutase associée à la catalase (Baudrimont et

al., 1994).

Les autres voies oxydatives impliquées jusqu'ici dans le métabolisme de l'OTA

sont en relation avec la cooxydation durant la synthèse des prostaglandines. Pour cela,

les inhibiteurs de la prostaglandine synthétase et de la cyclooxygénase ont été essayés

d'une facon globale, in vitro et in vivo et ont apporté la preuve de l'existence d'une telle

voie métabolique, notamment le piroxicam, un anti-inflammatoire non stéroidique,

(Carty et al., 1980; Baudrimont er al., 19952).

E/ Ochratoxine A et lésions à l'ADN

Il a éé prouvé que l'OTA était génotoxique (Creppy er al, 1985; Pfohl-

Leszkowicz et al., 1991, 1993, b, c; Malaveille et al., 1991).

Le métabolisme général de l'OTA, l'implication des voies métaboliques oxyda-

tives dans ce métabolisme et les lésions à l'ADN sont liés d'une façon très complexe.

Nous savons que les adduits à l'ADN induits par TOTA sont réparés en grande partie en

un à trois jours ou en une à trois semaines en fonction des organes et selon la dose

administrée (Creppy er al., 1985; Pfohl-Leszkowicz er al., 1993a, b, c).

F/ Ochratoxine A et régulation des gènes?

Le taux de méthylation de l'ADN est en relation avec la régulation et l'expres-

sion des gènes, comme le montrent de multiples données en relation avec l'étude d'un

Source : MNHN, Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 205

certain nombres de cancérogenes, le 3-méthyl-4-diméthylaminobenzéne, la nitrosomor-

pholine, le chlordane (Bedford & van Helden, 1987; Münzel et al., 1991).

Chez l'homme, dans les cancers primitifs et dans les métastases l'ADN des

cellules est. généralement hypométhylé (Bedford & van Helden, 1987). Les oncogènes

cHa-ras et Ki-ras sont hypométhylés dans les adénocarcinomes à la différence des

tissus normaux adjacents. De la même façon le protooncogène c myc est hypométhylé

aprés traitement par la nitrosomorpholine.

L'azacytidine peut entraîner une hypométhylation de l'ADN (Jones, 1984), qui

lui permet de réactiver des gènes inactifs du chromosome X. L'hypométhylation globale

de certains gènes peut s'accompagner de l'hyperméthylation de certaines régions bien

particulières (De Bustro et al., 1988; De Flora et al., 1985)

D'un autre côté l'hyperméthylation serait responsable de l'inactivité des gènes

répresseurs (Marshall, 1991). Si le gène MyoD qui code un facteur de transcription est

hyperméthylé il est inactivé mais cela n'empêche pas la cellule de se multiplier et d'ar-

river éventuellement à l'immortalité (Jones et al., 1990).

Dans le rein qui est le tissu où sont situées principalement les tumeurs causées

par l'OTA on observe essentiellement une hyperméthylation (Pfohl-Leszkowicz et al.,

1993c). Ceci est confirmé dans des cellules rénales en culture (Grosse et al., 1995). Il y

a aussi une hyperméthylation de l'ADN dans le testicule (Gharbi et al., 1993) qui serait

une cible potentielle. Dans les autres organes notamment dans le foie, le taux de méthy-

lation de l'ADN a plutôt tendance à baisser. Et pourtant des tumeurs du foie ont été

observées chez des souris aprés exposition à l'OTA (Kanisawa & Suzuki, 1978). Ainsi

donc lorsque l'OTA entraine une modification du taux de méthylation de l'ADN dans un

sens comme dans l'autre, cela peut favoriser la survenue de tumeurs. Mais dans l'organe

cible qu'est le rein, l'OTA entraîne une hyperméthylation et les tumeurs que l'on sait.

V - EFFETS PATHOLOGIQUES ET CONSÉQUENCES

A/ Intoxication aigué

La toxicité aiguë de l'OTA varie beaucoup d'une espèce animale à l'autre et

aussi en fonction du sexe et de la voie d'administration, (Tableau 2 )

Il apparaît que de tous les animaux le porc et le chien sont les plus sensibles à

ТОТА. Les rongeurs y sont nettement moins sensibles (Galtier er al., 1974; Kanisawa er

al., 1977; Ngaha, 1985). Il n'y a pas eu de cas dûment prouvé d'intoxication aiguë par

l'OTA chez l'homme.

B/ Intoxication subchronique et chronique

1/ Néphrotoxicité, mutagénicité et cancérogénicité

De nombreuses études de toxicité à court terme ont montré que l'ochratoxine A

est néphrotoxique pour toutes les espèces monogastriques étudiées (Suzuki et al., 1975;

Elling, 1977; Berndt & Hayes, 1979; Elling et al., 1985; Kane et al., 1986a, b; Kane,

Source : MNHN. Paris

206 EE. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

Tableau 2: Toxicité aiguë de l'ochratoxine A.

Animal DLs0 (mg/kg poids) Voie Références

d'administration

Souris femelle 22,00 ip Sansing et al., 1976

Souris mâle (Swiss) — 51-68 orale Chakor et al., 1988

Rat mâle 28-303 orale Galier et al, 1974,

Kanisawa et al., 1977

Rat femelle 214 orale Galtier et al., 1974

Rat mâle 12,6 їр Galtier et al., 1974

Rat femelle 143 ip Galtier et al., 1974

Cobaye femelle et

mâle 81-91 orale Thacker and Carlton, 1977

Pigeon 34 orale Prior et al.,1976

Dinde 59 orale Prior et al., 1976

Caille 165 orale Prior et al., 1976

Truite 47 ip Doster et al., 1972

Chien (male) Beagle — «9 (dose totale) orale* Szczech et al.,1973a

Pore femelle <6 (dose totale) orale ** Szczech et al.,1973b

* Les trois chiens qui ont reçu 3mg/kg/jour sont morts en moins de 3 jours

** Les pores qui ont reçu 2mg/kg/jour étaient moribonds et ont dû être sacrifiés en moins de 3 jours.

De méme ceux qui ont reçu 1mg/kg/jour ont dû être sacrifiés en moins de 6 jours

1986; Krogh et al., 1988; Kuiper-Goodman & Scott, 1989). Les effets néphrotoxiques

sont toujours proportionnels aux doses de toxine administrée. Aux fortes doses les

modifications suivantes ont été observées dans la fonction rénale, augmentation de

l'urée sanguine, protéinurie modérée, glucosurie. Au niveau histopathologique une

dégénérescence tubulaire a été invariablement observée qui siège de préférence au

niveau des tubules proximaux. Cette lésion se traduit par un amincissement de la

membrane basale et une enzymurie impliquant les enzymes de la bordure en brosse (y-

glutamyl transférase, (EC 2.3.2.2.), phosphatase alkaline, (EC 3.1.3.1.) et leucine

aminopeptidase, (EC 3.4.1.2.)) et un enzyme lysosomal comme la N-acétyl-B-D-

glucosaminidase, (EC 3.2.1.30.) ainsi que l'élimination dans les urines de la B-2-

microglobuline (Krogh et al., 1974; Szczech et al., 1973a, b; Kanisawa & Suzuki,

1978; Kane et al., 1986a, b). Une karyomégalie peut être observée dans les cellules des

tubes contournés proximaux. Les effets ci-dessus cités sont induits par des doses

généralement inférieures au mg/kg. Le foie n'est touché que pour des doses nettement

supérieures. Ce qui indique que le rein est l'organe cible principal des ochratoxines.

L'OTA est sans doute néphrotoxique chez l'Homme aussi, elle est fortement

impliquée dans la néphropathie endémique des Balkans (NEB), car elle est responsable

de la néphropathie porcine tout à fait similaire à la néphropathie humaine (Krogh et al.,

1974, 1977; Kuiper-Goodman & Scott, 1989; Pohland et aL, 1992). L'OTA est

également génotoxique et cancérogène chez les rongeurs et probablement chez l'homme

Source : MNHN, Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 207

(Creppy et al., 1985; Petkova-Bocharova et al.,1988; NTP 1989; Pfohl-Leszkowicz,

1991; Pfohl-Leszkowicz, 1993a, b, c).

Quand des biopsies rénales sont effectuées, elles révèlent des adduits à l'ADN

qui comigrent en très grande partie avec les adduits à l'ADN obtenus expérimentale-

ment chez la souris traitée par l'OTA (Pfohl-Leszkowicz et al., 1993a, b, c; Pfohl-

Leszkowicz et al., 1993a, b).

L'OTA est actuellement classée dans le groupe 2B (Produits considérés comme

cancérogènes possibles pour l'Homme) par le groupe de travail des monographies du

Centre International de Recherches sur le Cancer (CIRC), IARC, 1993. Des études

épidémiologiques révèlent que 48% des personnes atteintes de NEB présentent des

tumeurs du tractus urinaire, (uretère, pelvis, vessie), (Stojanov er al., 1977, 1978; Sos-

taric & Vukelic, 1991; Tanchev & Dorossiev, 1991; Vukelic et al., 1991).

Il faut pour qu'une mycotoxine contaminant alimentaire soit reconnue cancéro-

gène chez l'Homme, qu'elle remplisse les 5 conditions suivantes au moins:

- présence dans l'alimentation

- preuve de l'exposition humaine

- corrélation entre l'exposition et l'incidence du type de cancer

- caractérisation et reproductibilité des symptómes chez les animaux d'expé-

rience

- similitude du mode d'action chez les modèles animaux et chez l'Homme.

Les recherches pour établir la corrélation entre l'exposition aux mycotoxines et

les risques encourus, voire les pathologies induites se heurtent donc à des difficultés de

deux ordres: celles liées aux modèles animaux et celles liées à l'extrapolation des résul-

tats de l'animal à l'Homme.

L'ochratoxine A est de plus en plus retrouvée dans les prélèvements sanguins

humains en Europe de l'Ouest, notamment en Allemagne, en Scandinavie, en France et

en Afrique du Nord (Tunisie, Algérie). Dans ces derniers cas, une implication dans des

néphropathies humaines semble exister. Un symposium international a tenté de faire le

point sur cet aspect du sujet en juillet 1993 à Bordeaux (INSERM vol.231, 1993) et

plus récemment, en novembre 1994 à Monastir en Tunisie.

Chez l'homme l'OTA induit une néphropathie interstitielle chronique d'évolu-

tion lente. Elle n'est le plus souvent pas observée avant 33-35 ans. Le tableau clinique

est indiqué dans le Tableau 3.

La dégénérescence tubulaire évolutive et la réduction de la fonction rénale

entraînent la mise sous dialyse des malades qui représentent jusqu'à 30% de toutes les

néphropathies en Afrique du Nord (Achour er al., 1993) mais aussi dans les Balkans.

La NEB est 14 fois plus fréquente dans les zones endémiques que dans les

zones non endémiques où la contamination par l'OTA est plus faible. La morbidité est

trés forte et la mortalité par NEB est de 3/1000 /an au moins. Une controverse subsiste

quant au plus grand nombre de femmes atteintes par la NEB par rapport au nombre

d'hommes (3 pour 2).

Source - MNHN. Paris

208 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

Tableau 3- Signes cliniques, histopathologiques de la Néphropathie endémique des Balkans **

i Ï 4

- Anémie, Asthénie, Céphalée, Polyurie, Anorexie, Lumbago,

“Insuffisance rénale, Amaigrissement, Sensation de goût amer, Taux élevé d'avortements

spontanés

- Absence d'oedàme.

Urémie

B-2 microglobulinurie

Protéinurie inférieure ou égale à 700 mg/ 24 heures.

Amino-acidurie

Signes hématologiques:

Anémie normochrome

i $

Contours lisses du rein, Réduction du volume rénal, (Hypotrophie rénale asymétrique ou

bilatérale).

Fibrose interstitielle, Hyalinisation glomérulaire

Dégénérescence de l'épithélium tubulaire avec desquamation

Perte de la bordure en brosse

Amincissement de la membrane basale

Augmentation des IgG et IgM (immunoglobulines G et M)

Dépôt d'IgG dans la membrane basale

*tiré de Austwick, PKC, The practitioner 1981

2/ Immunosuppression

Bien qu'aucun cas d'immunosuppression en rapport avec la contamination par

TOTA n'ait été décrit chez l'homme, de nombreuses études montrent dans des systèmes

in vitro, dans des cellules en culture et chez des animaux d'expérience que l'ochratoxine

A est un puissant immunosuppresseur (Chang et al., 1979; Haubeck et al., 1981; Prior

& Sisodia, 1982; Creppy et al., 1982, 1983a; Lea et al., 1989; Størmer & Lea, 1995).

Ainsi chez la souris Balb/c des doses d'OTA de l'ordre de 0,5 à 1 pg/kg, abaissent de

plus de 75% la réponse immunitaire, en terme de production IgM et IgG en réponse à

des globules rouges de mouton. Cet effet immunosuppresseur de l'OTA peut être re-

versé par la phénylalanine (Haubeck er al., 1981; Creppy et al., 1982, 1983a), ce qui

indique que le mécanisme en cause est directement lié à l'inhibition de la synthèse des

protéines par l'OTA. Lea et al., 1989 ont montré que tous les types de lymphocytes

étaient touchés suite à l'exposition à 'OTA. Récemment Størmer et Lea (1995) ont

montré que les lymphocytes T humains stimulés étaient moins sensibles à l'OTA

qu'avant la stimulation. Les conséquences de cette immunosuppression chez l'animal

d'élevage peuvent être catastrophiques car elle prédispose les animaux aux maladies

microbiennes ou virales.

Source : MNHN, Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 209

3/ Tératogénicité

Les effets tératogènes de l'OTA ont été mis en évidence chez les rongeurs et

chez les volailles, mais le porc n'est pas épargné (Hayes er al., 1974; Arora & Frólen,

1981; Fukui et al., 1983; Mayura et al., 1984; Ballinger et al., 1986; Fukui et al.,

1992). La difficulté dans ces études était de déterminer les périodes de la gestation ou

de la vie embryonnaire où la toxine est nocive, (passage de la barrière placentaire,

accumulation dans les tissus foetaux etc.). Les effets les plus souvent décrits sont une

microcéphalie, des modifications du taux de certains acides aminés dans le cerveau

d'animaux nouveaux nés à la suite d'exposition à l'OTA in utero (Arora et Frólen, 1981)

et de jeunes rats (Belmadani er al., 1975). Compte tenu de son mécanisme d'action dans

l'inhibition de la synthése des protéines, il n'est pas surprenant que l'OTA soit térato-

gène. Ceci est confirmé par le fait que la phénylalanine réverse les effets tératogènes de

l'OTA, tout comme elle empêche l'inhibition de la synthèse des protéines (Mayura er

al., 1984).

4/ Divers

Quand des femelles sont exposées à l'ochratoxine A, celle-ci passe dans le lait

(Galtier et al., 1977; Miraglia et al., 1993), et dans les oeufs (Fuchs et al., 1988a, c), ce

qui constitue une nouvelle source de contamination pour les jeunes animaux, nourris

au lait et même pour les adultes.

Quand l'ochratoxine A est associée à une ou plusieurs autres mycotoxines, il y a

souvent une synergie. Des exemples d'effets synergiques sont indiqués dans le tableau

Certains pays ont défini des concentrations acceptables dans les aliments, ta-

bleau 5, où l'on voit que les concentrations d'OTA tolérables sont souvent inférieures à

celles de l'aflatoxine B1, autre cancérogène connu.

CONCLUSION

La toxicologie de l'ochratoxine A est très complexe. Bien que le rein soit son

organe cible principal, elle est distribuée dans pratiquement tous les organes et peut y

induire des effets toxiques variés.

Les effets de l'OTA les plus à craindre sont les effets néphrotoxiques, génotoxi-

ques et cancérogènes.

La toxicité aiguë ou chronique de l'OTA est liée directement ou indirectement à

sa propriété d'inhiber la synthèse des protéines par compétition avec la phénylalanine

dans les réactions catalysées par la phénylalanyl-tRNA synthétase (Heller et al., 1977;

Bunge et al., 1978; Creppy et aL, 1979a, b). Mais l'OTA peut inhiber toutes les

réactions où la phénylalanine dont elle est l'analogue structural est engagée, comme

celle de la phénylalanine hydroxylase (Creppy et al., 1990). Il en est de méme pour les

analogues structuraux naturels qui peuvent aussi inhiber les réactions dans lesquelles

sont engagés les amino acides incorporés dans leur structure. Ainsi la tyrosine-OTA qui

est cytotoxique (Creppy et al., 1983c) pourrait inhiber les réactions menant de la tyro-

sine à la dihydroxyphénylalanine (DOPA).

Source : MNHN. Paris

210 E.E. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER.

Tableau 4 - Manifestations cliniques et toxicologiques induites par l'association de mycotoxines.

A. Aflatoxine B1 avec d'autres mycotoxines

association avec * effets synergie référence**

Ochratoxine À Mortalité accrue, + Harvey et al., 1989

déficit pondéral,

hyperplasie du foie Brownie &

néphropathie accentuée Brownie 1988

cancérogénicité accrue

acide cyclopiazonique lésions hépatiques graves + Smith et al.,

avec transaminases élevées, 1992

taux baissé de protéines sériques,

cancérogénicité accrue

acide kojique Production d'Hb corpusculaire - Giroir et al.,1991

déoxynivalénol déficit pondéral, accroissement + Huff et al.,

du rapport poids organe/pds du corps, 1986

cancérogénicité accrue

T2-Toxine Déficit pondéral, accroissement + Harvey 1990

du rapport poids organe/pds du corps, Huff 1988

mortalité accrue chez les rongeurs,

cancérogénicité accrue

Rubratoxine B létalité accrue, déficit pondéral 8 Hayes et al.,

accru, cancérogénicité de 1977

l'aflatoxine B1 inchangée

B. Ochratoxines avec des mycotoxines autres que l'aflatoxine

association avec:

citrinine cytotoxicité accrue, cancérogénicité + Creppy et al.,

accrue chez la souris et le porc 1980

Kanisawa 1984

Manning et al.,1985

deoxynivalénol Déficit pondéral accru, nette + Kubena et al.,

augmentation du poids d'organe 1984

/pds du corps

acide pénicillique mortalité accrue chez les rongeurs, + Kubena et al.,

lésions tubulaires rénales accrues 1984

T2-Toxine déficit pondéral accru, * Kubena et al.,

effet tératogène accru 1989

immunosuppression accrue

* ceci n'est pas exhaustif

** Ces références se trouvent dans les revues et articles suivants: - Kuiper-Goodman et al., Regula-

tory Toxicology and Pharmacology,7, 253-306. -IARC, 1993, IARC Monograph n° 56, larc Lyon

Ed, France. -Steyn, 1993, Colloque INSERM 1993, Vol. INSERM n°231 Creppy, Castegnaro, et

Dirheimer Eds. J.Libbey Eurotext, Paris.

Source : MNHN. Paris

OCHRATOXINES ET CONSÉQUENCES EN TOXICOLOGIE 211

Tableau 5 - Concentrations maximales tolérées de certaines mycotoxines dans l'alimentation.

Continents ou Toxines

Pays ou OMS

Aflatoxine

USA

Europe

France

Suisse

Japon

Ochratoxine

Europe

France

Pays-Bas

Angleterre

Trichothécène

T,-toxine

Citrinine

Patuline

Zéaralénone

Fumonisine

Aliment

nourriture

"bovins

"porc et

"volaille

Tolérance Remarques

ugkg*

10450

5 nourriture

pour bébé

1a25

5 proposition

conseil supérieur

d'hygiène

1000 absence de

règlementation

devrait être

< 100 ppb

* ces valeurs risquent d'étre abaissées prochainement, compte tenu de l'évolution des choses en

Europe

Les effets cytotoxiques des ochratoxines sont aussi en partie liés aux processus

oxydatifs, à la mobilisation du calcium intra-cellulaire (Khan et al., 1989), à l'inhibition

de la respiration mitochondriale (Meisner & Chang, 1974; Wei et aL, 1985) et à

l'inhibition de la synthése d'ATP, (pour une revue voir Pohland et al., 1992, et Størmer,

1992).

Lorsqu'une mycotoxine a été découverte, étudiée sur le plan chimique et bien

identifiée dans l'alimentation ou dans l'environnement, les progrès vers une bonne

Source : MNHN. Paris

212 EE. CREPPY, I. BAUDRIMONT et A.M. BETBEDER

prévention et une législation adaptée dépendent à la fois des résultats expérimentaux

obtenus chez l'animal, des effets possibles chez l'homme lorsqu'il y est exposé et de

l'impact de tous ces travaux dans la vie économique et sociale sur le plan international.

Mais l'extrapolation des données des rongeurs à l'Homme, pour les faibles doses en

cause dans la cancérogenése des mycotoxines est une véritable gageure, car il y a un

trés grand nombre de facteurs qui entrent en jeu

- les différences inter espèces sur le plan du métabolisme et de la distribution

dans l'organisme

- le processus de la cancérogenèse

- l'hétérogénéité de l'espèce humaine (polymorphisme génétique)

- létat sanitaire des populations concernées, leurs habitudes alimentaires la

consommation ou non d'alcool, de cigarettes et / ou de médicaments.

En plus de ces facteurs, il faut ajouter les difficultés à établir un seuil tolérable

dans les aliments en tenant compte des problèmes de santé publique et des problèmes

économiques.

En matière de mycotoxicose humaine, "les sources d'erreurs et les écueils sont

si nombreux et si imbriqués les uns dans les autres que seules les données empiriques

peuvent résoudre les problèmes posés" (Ames er al., 1987). Sans être aussi pessimiste,

force est de constater que les problèmes de la toxicité chronique de l'Ochratoxine A

sont loin d'être résolus. En effet la NEB ne recule pas, bien au contraire, Elle concerne-

rait peut être tout le bassin méditerranéen. L'ochratoxicose animale touche de très nom-

breux pays et l'établissement des taux acceptables relativement bas en rapport avec les

risques encourus préfigurent d'énormes difficultés pour l'agriculture en général, les

céréaliers et les éléveurs de volailles er de porc en particulier. La présence d'autres

mycotoxines dans les mêmes aliments, avec des effets synergiques toujours possibles

constitue une source supplémentaire d'inquiétude.

Remerciements: Les résultats exposés dans ce document sont issus des programmes de recherches

menées au Laboratoire de Toxicologie et Biologie Moléculaire de l'Institut de Biologie Moléculaire

et Cellulaire du CNRS à Strasbourg, où ces travaux ont été initiés en 1976 par EE. Creppy et G.

Dirheimer, et de celles menées depuis 6 ans au Laboratoire de Toxicologie et d'Hygiène Appliquée

de Bordeaux, Université de Bordeaux 2, ainsi que des collaborations avec des chercheurs Allemands,

R. Róschenthaler depuis 1976, E. Petzinger, W. Fóllmann, KJ. Ullrich, depuis 1990 ou Français

notamment le Dr. Castegnaro M de ПАКС de Lyon depuis 1988, Dr. Pfohl-Leszkowicz A. de

TIBMC du CNRS Strasbourg depuis 1991 et avec le Professeur H. Bacha à Monastir depuis 1983

Puissent toutes ces personnes trouver ici l'expression de la reconnaissance des auteurs.

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MYCOFLORA OF HAIR, FEATHER AND FLOORING

MATERIALS UNDER COWS AND CHICKENS

AT QENA, EGYPT

S.M. MOHAWED^*, S.I.I. ABDEL-HAFAZ, A.M. MOHARRAM

and Y.A. GHERBAWY*

Botany Department, Faculty of Science at Assiut

and *Qena Assiut University, Egypt

ABSTRACT - The mycological analysis of 60 samples of cow hair, layer-strains and broiler feather

showed the high prevalence of Aspergillus flavus, A. flavus var. columnaris, Chrysosporium indicum,

‘copulariopsis brevicaulis and Paecilomyces variotii. The common fungi in the flooring materials

under cows and chickens included several species belonging to Aspergillus, Emericella, Eurotium,

Mucor, Penicillium, Rhizopus, Scopulariopsis, Chrysosporium and others. The monthly fluctuations

in the counts of total fungi in the flooring materials were almost irregular ranging from 16.6 to 183.3

colonies/mg dry sample

INTRODUCTION

Fungi especially keratinophilic species have been found to contaminate feather,

hair or other organs of birds and animals (Pugh & Evans, 1970; Hubalek, 1974, Aho,

1980, 1983; Bagy, 1986; Bagy & Abdel-Hafez, 1985 and others). Also there are many

accounts of the prevalence of fungal propagules in the flooring material under poultry

and animals. The flooring material may incorporate litter, faecal matter, dropping,

jung, soil, keratinaceous substrates, food residues, etc. In U.K., Dennis & Gee (1983)

found that Paecilomyces variotii, Trichoderma spp., Aureobasidium pullulans and

Hyalodendron lignicola predominated in the fresh litter of broiler house but were

replaced by Scopulariopsis brevicaulis and Aspergillus spp., in the final samples. In

Índia, Sambyal et al. (1980) isolated 59 fungal isolates which included Absidia spp.,

Aspergillus spp., Penicillium spp. and Curvularia spp. Similar informations have also

een reported by Lovett er al., (1971); Ogundero (1979), Moharram et al. (1987), Bagy

t al. (1989).

This investigation was designated to study the existence of keratinophilic fungi

on cow hair and chicken feathers and to follow the monthly variations in the fungal

»opulations of cows manure, layer strains and broiler litter inside the houses of these

animals or chickens.

Source : MNHN, Paris

224 S.M. MOHAWED et al.

MATERIALS AND METHODS

I- Mycological analysis of hair and feather samples

a) Keratinophilic fungi

Twenty samples of each of cow hair, layer strains and broiler feather were

collected from the cattles and chickens in Farms at Qena, Upper Egypt. Cow hair frag-

ments or chicken feathers segments were scattered on sterile soil moistened with water

to 40 % water holding capacity. Two plates were used for each samples which were

incubated at 28°C for up to 16 weeks and the cultures were moistened with sterile dis-

tilled water whenever necessary. To confirm identification parts of fungal mycelium

growing on hairs or feathers were transferred to Sabouraud's dextrose agar supplemen-

ted with chloramphenicol and cycloheximide (0.5 g/L for each).

b) Thermophilic and thermotolerant fungi:

Hair fragment or feathers were plated on the surface of yeast starch agar

medium (Emerson, 1941). Two plates were used for each sample (two fragments per

plate) which were incubated at 45°C. To avoid excessive loss of water plates were kept

inside plastic bags and a jar filled with water was placed inside the incubator till the

end of incubation period. After 7 days incubation, the growing fungi were identified

and isolated.

II -Mycological analysis of cow manure an chicken litter

a) Mesophilic fungi: were isolated on glucose-Czapek's agar using the dilution

plate method (Johnson & Curl, 1972) and the cultures were incubated at 28°C.

b) Keratinophilic fungi; were isolated using the hair baiting technique

(Vanbreuseghem, 1952). Sterile cow hair fragments were plated on the surfaces of the

manure or litter sample (about 50 gram sample per plate). Cultures were incubated at

28°C for 4 weeks after which the growing fungi were transferred onto Sabouraud's

dextrose agar in order to purify and identify the keratinophilic and cycloheximide

resistant moulds.

c) Thermophilic fungi: were isolated on yeast starch agar (Emerson, 1941)

using the dilution plate method. Cultures were incubated at 45°C for 7 days after which

fungi were identified and counted.

II - Determination of some physicochemical characteristics of the flooring

materials

The moisture content of the monthly samples of the different flooring materials

was determined by the percentage loss in weight of 100 g fresh sample after dryness at

105°C for 24 hours. The total soluble salts were determined by shaking a known weight

of sample (on dry weight basis) in a known volume of water for 1 hour, samples were

filtered and the filtrate was dried at 105°C. The dry residue was weighed and calculated

as percentage soluble salts.

Source : MNHN, Paris

MYCOFLORA OF EGYPT 225

The pH values were determined using a pH meter (Orior Research model 601 T

digitalionalizer).

RESULTS AND DISCUSSION

I- Hair and Feather fungi

a) Keratinophilic fungi

Forty species and 1 variety of keratinophilic and cycloheximide resistant fungi

representing 17 genera were collected from cow hairs (10 genera, 16 species and 1

variety), layer strains (11 genera, 19 species and 1 variety) and broiler feathers (16

genera, 23 species and 1 variety) as shown in Table 1.

Aspergillus was the most common genus on all samples, being covered from

50%, 100% and 90% of cow hairs, layer strains and broiler feathers respectively. Of the

7 Aspergillus species A. flavus, A. flavus var. columnaris were generally the most

common. Other Aspergillus species such as A. niger, A. ochraceus, A. parasiticus, A.

sydowii, A. tamarii and A. versicolor were less frequently isolated. The above Asper-

gillus species have been reported to be recovered from hairs of camel, cow, donkey and

goat in Egypt (Bagy & Abdel-Hafez, 1985; Bagy, 1986) from goat and sheep hairs in

Gaza strip (Abdel-Hafez, 1987), from hair of cows, donkeys, goats, rabbits, cats and

dogs from the west bank of Jordan (Ali Shtayeh et al., 1988 a, b).

Chrysosporium was also prevalent on the hair and feather samples being

recovered from 55%, 100% and 65% of cow hair, layer strains and broiler feathers

respectively. Of the 4 species of Chrysosporium, C. indicum was the most common on

feathers of layer strains (65 % of the samples) and broiler (85 %). C. tropicum occurred

in low to moderate incidences (15-25 % of the samples) while C. keratinophilum and C.

pannorum were less frequently isolated from one or two types of substrate. These Chry-

sosporium species were previously recovered from animals and birds in Egypt (Bagy &

Abdel-Hafez, 1985; Bagy, 1986; Moharram et al., 1989); Johdan (Ali Shtayeh et al.,

1988a, b), as well as from mammals in Czechoslovakia (Otcenasek and Dvorak, 1962),

Germany (Hoffmann et al., 1970. India (Gugnani et al., 1975) and Venezuela (Moraes

et al., 1967) and others countries.

Scopulariopsis was recovered from 60%, 20% and 50% of cow hair, layer

strains and broiler feathers respectively. It was represented by 4 species of which S.

brevicaulis was more frequently isolated than the others (15-50% of the samples).

Several authors have reported the common existence of S. brevicaulis on hairs of

mammals (Bagy & Abdel-Hafez, 1985; Abdel-Hafez, 1986; Ali-Shtayeh er al., 1988 a,

b, 1989). The remaining Scopulariopsis species such as S. brumptii, S. candida and S.

koningii were less common in this work of Ali-Shtayeh et al., 1988 a, b).

Penicillium was moderately recovered from 25-45% of the samples and was

represented by 6 species namely P. aurantiogriseum, P. chrysogenum, P. citrinum, P.

jenseni, P. funiculosum and P. purpurogenum. Each of these species occurred on 1-4

samples of one type or more of the three types of keratinaceous materials.

Source : MNHN, Paris

226 S.M. MOHAWED et al.

Table 1 - Number of cases of isolation (NCI, out of 20 samples) and occurrence remarks (OR) of

keratinophilic fungi recovered from cow hair, layer strains and broiler feather samples on

Sabouraudd’s dextrose араг at 25°C.

Cow hair | Layer strains | Broiler

feather feather

Genera and species NCI&OR | NCI&OR | NCI&OR

Acremonium strictum W. Gams 4L т 2R

Aspergillus 10H 20H 18H

A. flavus Link 6M 4L 10H

A. flavus var. columnaris Raper & Fennell 3L 19H ин

A. niger Van Tieghem 5M -

A. ochraceus Wilheim - IR

A. parasiticus Speare 3L :

A. sydowii (Bain. & Sart.) Thom & Church - IR

A. tamarii Kita 5M IR

A, versicolor (Vuill.) Tiraboshi 4L x -

Chaetomium globosum Kunze - 10H 2

Chrysosporium | Мин 20H 13H

C. indicum (Randhawa & Sandhu) Garg TR 17H 13H

C. keratinophilum (Frey) Carmichael 3L - -

C. pannorum (Link) Hughes | 2R 3L =

C. tropicum Carmichael 5M 3L 4L

Cunninghamella E 2R 4L

C. echinulata Thaxter Б IR 4L

C. elegans Lender - IR -

Fusarium 2R E 4L

F. dimerum Penz. - - IR

F. oxysporum Sheldon 2R - -

F. solani (Mart.) Sacc. - = 3L

Geotrichum candidum Kink. INT - IR

Gliocladium roseum Bainier | - - ГУ

Mucor ner 3L 3L

М. circinelloides Van Tieghem 2R - 2R

M. hiemalis Wehmer : Е IR

M. racemosus Fresenius А 3L E

Paecilomyces 2R 18 -

P. inflatus (Burnside) Carmichael 2R - -

Paecilomyces sp. > LR -

Penicillium 5M 9M 7M

P. aurantiogriseum Diercky - 5M -

P. chrysogenum Thom. 5M 2R E

P. citrinum Thom - 3L IR

P. funiculosum Thom - - 41,

P. jensenii Zaleski : IR К

P. purpurogenum Stoll - - 2R

Rhizopus stolonifer (Ehrenb.) Lind. - - 4L

Scopulariopsis 12H 4L 10H

S. brevicaulis (Sacc.) Bainier 3L 4L 10H

S. brumptii Salvanet-Duval 6M : =

S. candida (Gueguem) Vuillemin ay Mate! Е 3

S. koningii (Oud.) Vuillemin | XH - -

Syncephalastrum racemosum (Cohn) Schroeter Е 2R 3L

Trichophyton mentagrophytes (Robin) Blanchard : - 2R

Trichothecium roseum (Pers.) Link : 1R :

Tritirachium aryzae Van Beyma В А IR

Sterile mycelia (white & dark colour) 2R IR IR

Source : MNHN. Paris

MYCOFLORA OF EGYPT 227

Trichophyton mentagrophytes which appeared in rare incidence (10 % of broiler

feather samples) in this work was previously reported to be common on the hair of

some mammals in West Bank of Jordan (Ali-Shtayeh et al., 1988 a, b).

The remaining genera and species listed in Table 1, were less frequently isola-

ted from one type or more of the keratinaceous materials.

b) Thermophilic and thermotolerant fungi

Nine species belonging to 8 genera were recovered from cow hairs (5 genera

and 5 species), layer strains (7 genera and 7 species) and broiler feathers (8 genera and

8 species) using yeast - starch agar at 45 °C as shown in Table 2.

Table 2 - Numbers of cases of isolation of thermophilic and thermotolerant fungi recovered from the

flooring materials and keratinaceous substrates of cow and chickens on yeast starch agar at 45°C.

Flooring materials Keratinaceous substrates

(24 samples) (20 samples)

Layer Leather

spergillus 23 24 24 20 17 16

A. flavus Link 16 12 14 : Е 3

A. fumigatus Fresenius 20 21 23 20 17 16

\. niger Van Tieghem 15 14 16 : -

A. sydowii (Bain. & Sart.) Thom & Church : - 1 - :

A. terreus Thom 19 19 21 Р - з

Emericella 18 17 21 9 4 7

E. nidulans (Eidam) Vuillemin 15 17 19 9 4 7

E. quadrilineata (Thom & Raper) Benjamin n 12 9 E - :

Valbranchea sulfurea (Miche) Siger & Carmichael 7 К 6 - : Е

Mucor racemosus Fresenius. 4 10 4 15 9 14

Paecilomyces 5 12 6 4 9 8

P. humicola Onions & Barron 5 - - - - -

P. variotii Bain 7 12 6 4 9 8

Wizomucor pusillus (Lindt) Schipper 20 22 24 6 18 17

Rhizopus 14 15 6 - 4 12

R. rhizopooliformis (Cohn) Zopf - 15 6 - 4 12

R. stolonifer (Ehrenb.) Lindt 14 7 - - -

Thermomyces lanuginosus Tsiklinsk 12 11 15 2 10

Aspergillus was the most prevalent genus being recovered from 80-100% of the

keratinaceous materials. A. fumigatus (80-100% of the samples) and A. terreus (15% of

broiler feather) were the two representative species of Aspergillus. Other ther-

motolerant fungi were also isolated from the three substrates and these were Emericella

nidulans, Mucor racemosus and Paecilomyces variotii.

Truly thermophilic fungi such as Malbranchea sulfurea, Rhizomucor pusillus,

Rhizopus rhizopodiformis and Thermomyces lanuginosus were commonly isolated from

the keratinaceous materials. Most of these species were also found to contaminate

human and buffalo hairs incubated at 45°C (Moharram er al., 1989).

Source : MNHN, Paris

S.M. MOHAWED et al.

228

i [ven] ss | wo] on] 61 [zoor | os | со vss | rs [| sco | oc | sawoooq

ot [ев | єв | исо | оз | в |rso | os | zoo ter | 98 | ovo | osi | зәашәлом

з jew | oc | tro | os | er |cor | sc | eco є | уз | oeo | osi 1240120

а [кєє | өз | tro | oz | sc |eeo | cc | oco Lss | Lg | zeo | oez | зәдшәфо$

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Source : MNHN, Paris

MYCOFLORA OF EGYPT 229

II - Monthly fluctuations of fungi in cow manure and chicken litter

a) Physicochemical characteristics of the flooring materials (Table 3)

The moisture content was relatively high in cow manure and layer strains litter

ranging from 10.5-26.6% and 13.5-25% respectively. Broiler litter contained lower

quantities of moisture ranging from 3.5-11%. The total soluble salts was generally low

in the different flooring materials varying from 0.07-0.4%. The pH values were always

in the alkaline side in case of cow manure (8.1-9.2) and around neutrality or alkalinity

in chicken litter (6.6-8.5). No marked correlation between the changes in the

physicochemical characteristics of the flooring material and the monthly fungal counts

or the number of species of either mesophilic or thermophilic fungi.

b) Mesophilic fungi

With reference to the data in table 4 it could be observed that fifty three species

and 2 species varieties appertaining to 20 genera were collected during the period ftom

January to December 1988 from cow manure (11 genera, 27 species and 1 variety),

layer strains (15 genera, 36 species and 2 varieties) and broiler litter (15 genera, 35

species and 2 varieties). The monthly total counts of fungi (Fig. 1) showed generally

irregular fluctuations varying from 16.5-87.7, 18.3-183.3 and 27.3-142.5 colonies/mg

dry sample and the highest counts were estimated during February, January and May in

cow manure, layer strains and broiler litter respectively. The most common genera on

manure and litter were Aspergillus, Emericella, Eurotium, Fusarium, Mucor, Peni-

cillium, Rhizopus and Scopulariopsis. The monthly counts of these genera did not show

any regular fluctuations. Working with broiler litter Lovett et al. (1971) found that

Penicillium and Scopulariopsis were common while Fusarium, Aspergillus and Mucor

were less frequent. Most of the above genera were previously recovered with variable

densities from faecal samples of cattle and poultry from some Egyptian Governorates

(Lotfi et al., 1986; Sobih et al., 1986; El-Badry & Sokkar, 1988). From the above ge-

nera, the most frequent species were Aspergillus flavus, A. flavus var. columnaris, A.

fumigatus, A. niger, A. sydowii, A. terreus, A. versicolor, Emericella nidulans, Euro-

tium amstelodami, E. chevalieri, Mucor plumbeus, M. racemosus, Penicillium auran-

tiogriseum, P. oxalicum, Rhizopus stolonifer and Scopulariopsis brevicaulis. The

monthly variation in the counts of these species were generally of irregular pattern and

were almost similar to their respective genera. In addition to the above species other

fungal species were found to be more frequent on one or two types of the flooring

materials and these were Botryotrichum piluliferum, B. atrogriseum, Cladosporium

cladosporioides, C. herbarum, Mucor circinelloides, Penicillium funiculosum, P.

duclauxi, P. variabile, P. janczweskii, Scopulariopsis koningi, S. candida, Aspergillus

ochraceus, A. tamarii, Phoma glomerata, Fusarium moniliforme, F. solani and Paeci-

lomyces variotii (Table 4): Most of the above species were frequently encountered from

the faecal material or droppings of cattle and poultry in samples collected from Assiut,

Sohag and Qena Governorates, Upper Egypt (Lotfi er al., 1986, Sobih er al., 1986;

Moharram et al, 1987 and El-Badry and Sokkar, 1988). In U.K., Dennis and Gee

(1973) found that the most common fungi of broiler house litter were Aspergillus

sydowii, A. versicolor, A. repens, A. amstelodami, A. ruber, A. chevalieri, A. flavus, A.

Source : MNHN. Paris

230 S.M. MOHAWED et al.

Cow manure Layer strains Broiler litter

litter.

Genera and species. NCI & OR NCI & OR NCI& OR

Absidia corymbifera (Cohn) Sacc. - 4L -

Acremonium strictum W. Gams ч A 4L

Alternaria alternata (Fries) Keissler IR 4L 7M

Aspergillus 24H 24H 24H

A. candidus Link 2R - -

A. carneus (V. Tiegh.) Blochwitz - - -

A. flavus Link 20H 22H 23H

A. flavus var. columnaris Raper & Fennell 8M 8M 7M

A. fumigatus Fresenius. 12H 17H 20H

A. niger Van Tieghem 23H 23H 2H

A. ochraceus Wilhelm 3L - 6M

A. parasiticus Speare 5L 51. 10M

A. sydowii (Bain. & Sart.) Thom & Church 5L 10M 10M

A. tamarii Kita - - 8M

A. terreus Thom 12H 4L 15H

A. terreus var. africanus Fennell & Raper - 3L -

A. versicolor (Vuill.) Tiraboschi SL 7M им

A. wentii Wehmer 3L - -

Botryotrichum - 10M 6M

B. atrogriseum Van Beyma - - 6M

B. piluliferum Sacc. & March. - 10M -

Chaetomium globosum Kunze - 1 -

Circinella muscae (Sorok) Berl & Detoni 5L - -

Cladosporium - 7M -

C. cladosporioides (Fres) De Vries - 7M :

C. herbarum (Pers) Link - 7M

Emericella 4L 10M 7M

E. nidulans (Eidam) Vuillemin 4L 10M 6M

E. nidulans var. lata (Thom & Raper) Subram. - - 8L

Eurotium 6M 4L 9M

E. amstelodami Mangin SL 4L 8M

E. chevalieri Mangin 2R 3L 4L

Fusarium 3L 16H 18H

F. equiseri (Corda) Sacc. - 4L -

F. moniliforme Shelon 2R 9M 7M

F. solani (Mart.) Sacc. IR 8M им

F. tabacinum (Beyma) W. Gams - 4L -

Mucor 15H 15H 18H

M. circinelloides Van Tiegh. - 8M 3L

M. plumbeus Bonord 6M 7M 7M

M. racemosus им 7M 17H

Paecilomyces variotii Bain. 1R 7M 9M

Penicillium 19H 21H 18H

P. aurantiogriseum Dierckx 3L 7M 12H

P. brevicompactum Dierckx - - 5L

P. chrysogenum Thom. 19H 16H 17H

P. duclauxit Delacroix - - 7M

P. funiculosum Thom - 7M -

P. janczewskii Zaleski - 8M 7M

P. oxalicum Currie & Thom 13H 7M 9M

P. rugulosum Thom SL - 4L

P. sublateritium Biourge - 2R

P. variabile Sopp - + 7M

Phoma glomerata (Corda) Wollen. & Hochap. - - 6M

Rhizopus 17H 17H 15H

R. rhizopodiformis (Cohn) Zopf - - 3L

R. stolonifer (Ehrenb.) Lind 17H 17H 15H

Scopulariopsis 6M 19H 19H

S. brevicaulis (Sacc.) Bainier 6M 18H 16H

S. brumptii Salvanet Duval 18 и Ё

S. candida (Gueguem) Vuillemin - 6M 8M

S. koningii (Oud.) Vuillemin - 8M -

Syncephalastrum racemosus (Cohn) Schroeter - 4L -

Thamnostylum sp. - - 5L

Trichoderma harzianum Rifai - - 3L

Source : MNHN. Paris

MYCOFLORA OF EGYPT

231

Table 4 - Average total counts (ATC, colonies/mg dry manure or litter in all samples), number of

cases of isolation (NCI, out of 24 samples) and occurrence remarks (OR) of fungal genera and

species recovered from cow manure, layer strains and broiler litters on glucose-Czapek's agar at

28°С.

Occurrence remarks: H= high occurrence, isolated from 12-14 cases (out of 24); M = moderate

occurrence, from 6-11 cases; L = low occurrence, from 3-5 cases; R = rare occurrence, | or 2 cases.

candidus, Scopulariopsis brevicaulis, Paecilomyces variotii, Penicillium crustosum and

Absidia cylindrospora.

c) Keratinophilic fungi

Twenty species and 1 variety representing 9 genera were collected from the

monthly samples of cow manure and chicken litter (Table 5). Chrysosporium was the

most common genus occurring in 10-12 months. Of the 6 Chrysosporium species C.

indicum and C. tropicum were the most prevalent which occurred in 12.5-50 % of the

Table 5 - Number of cases of isolation (NCI, out of 12 samples), and occurrence remarks (OR) or

keratinophilic fungi recovered from each of cow manure, layer strains and broiler litters baited with

cow hair fragments at 25*C.

Chicken liners

Genera and species Cow manure | Layer strains Broiler

NCI & OR NCI&OR | NCI&OR

| Acremonium 3M - IR

A. strictum W. Gams 3M - -

Acremonium sp. - - IR

Aspergillus 3M : 10H

A. flavus Link 2L : 6H

A. flavus var. columnaris Raper & Fennell 1R Е -

A. fumigatus Fresenius - - 6H

A. terreus Thom 7 Е 8H

Chrysosporium 12H он 10H

C. carmichaelii Van Oorschot - Е 6H

| C. indicum (Randhawa & Sandhu) Garg 8H 4M 3M

C. keratinophilum (Frey) Carmichael IR : 3M

C. pannorum (Link) Hughes 2L - -

C. queenslandicum Apinis & Rees 4M - :

C. tropicum Carmichael 10H 12H 6H

Emericella nidulans (Eidams) Vuill - - 2L

Gymnoascus reticulatus Zukal - : IR

| Microascus trigonosporus Emmons et Dod. IR z :

Penicillium 2L 3M IR

P. aurantiogriseum Dierckx 2L - -

P. funiculosum Thom А зм IR

Thermoascus aurantiacus Miehe IR - -

Scopulariopsis 2L 6H 2L

S. brevicaulis (Sacc.) Bainier z - 2L

S. brumptii Salvanet-Duval - 6H -

| _S. koningii (Oud.) Vull. 2L - :

Sterile mycelia (dark colour) Е E IR

Source : MNHN. Paris

S.M. MOHAWED etal.

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Source : MNHN, Paris

MYCOFLORA OF EGYPT 233

Laver strains Broiler

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Experimental months

Fig. 2 - Monthly counts (colonies/mg dry sample) of common thermophilic and thermotolerant fungi

recovered from the flooring materials under cows and chickens during the period from January to

December 1988.

samples. The remaining Chrysosporium species appeared in one or two types of the

flooring materials such as C. carmichaelii from broiler litter, C. queenslandicum from

cow manure, C. keratinophilum from cow manure and broiler litter. Some of these

Source : MNHN. Paris

234 S.M. MOHAWED et al.

species were previously encountered from animal and bird pens in Egypt (Bagy et al.,

1989).

Numerous cycloheximide resistant fungal species appeared also in the isolation

plates as those belonging to Acremonium, Aspergillus, Emericella, Gymnoascus,

Microascus, Penicillium, Thermoascus, Scopulariopsis and sterile mycelia.

d) Thermophilic and thermotolerant fungi

Sixteen species belonging to 9 genera were identified during the experimental

period which extended from January to December 1988 (Table 6). The monthly counts

of total fungi (Fig. 2) were irregularly fluctuating between 1.4-38.8, 3.4-25.2 and 4.5-

13.1 colonies/mg dry sample with the highest counts being recorded during August and

September 1988.

Aspergillus, Mucor, Paecilomyces and Rhizopus were frequently encountered

from the three substrates. Of these genera, the common species were A, flavus, A. fumi-

gatus, A. niger, A. terreus, Emericella nidulans, E. quadrilineata, Mucor racemosus,

Paecilomyces humicola, P. variotii and Rhizopus stolonifer. The monthly counts of

each of these species did not show any regular fluctuations and some of them appeared

intermittently during the experimental period. Malbranchea sulfurea, Rhizomucon

pusillus, Rhizopus rhizopodiformis and Thermomyces lanuginosus appeared also inter-

mittantly in the monthly samples of cow manure, layer strains and broiler litter. Most

of these thermotolerant and thermophilic fungi were reported to be recovered from

dung and manure (Cooney & Emerson, 1964; Seal & Eggins, 1972; Minoura et al.,

1973) and from poultry droppings (Ogundero, 1979).

From the previous results and discussion it could be concluded that the cows

hair, the chickens feather and the flooring materials inside houses of these animals or

birds are heavily contaminated with propagules of several saprophytic and pathogenic

moulds. The pathogenicity of several fungal species such as Trichophyton mentagro-

phytes, A. fumigatus, A. flavus, E. nidulans, Scopulariopsis brecaulis to animals, birds

and even to man has been reported by several authors (Onsberg, 1980; Velez and Diaz,

1985) and others.

It is therefore advisable to reduce these pathogenic moulds inside cattle and

chicken houses either by continuous cleaning and good aeration or by using suitable

disinfectants and antifungal agents. Also, all workmen in the cattle or poultry houses

should be advised to follow the hygienic precautions to avoid infection by the harmful

fungi.

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Cryptogamie, Mycol. 1995, 16 (3): 237-242 237

ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES

A. MAUBLANC - Champignons comestibles et vénéneux.

Paru en 1921 sous le titre de Champignons de France, les Champignons comestibles et

vénéneux du mycologue André Maublanc sont édités de nouveau sous leur forme premiere d'un

volume d'aquarelles accompagnées de la description des espèces.

Les connaissances sur les champignons s'étant considérablement développées au fil des

années, une remise à jour était devenue indispensable. Cette nouvelle édition garde les qualités

essentielles qui ont fait la réputation du "Maublanc mais elle présente les dénominations

scientifiques actuelles des espèces comestibles et vénéneuses que l'on voit communément en France

et dans les pays d'Europe occidentale. Tout en mentionnant les anciennes appellations - pour faciliter

les comparaisons bibliographiques -, elle tient compte en effet des genres nouveaux délimités au

cours des demnires décennies et s'est référée aux règles établies par le Code international de

nomenclature botanique.

Aidé par un glossaire qui donne les explications nécessaires à la compréhension des

principaux termes utilisés en mycologie, le lecteur pourra, grâce aux descriptions détaillées

complétant les aquarelles des champignons et les dessins des spores, identifier près de 350 espèces.

Pour les champignons vénéneux mortels plus particulièrement, il trouvera signalées les

caractéristiques à observer pour éviter les confusions avec certains champignons comestibles.

Guide de terrain Consulté avec profit par le débutant, aide-mémoire pour l'amateur éclairé

comme pour le mycologue professionnel, cette édition renouvelle en outre les recommandations de

prudence concernant la cueillette et la consommation des champignons.

PLOETZ R.C., ZENTMYER G.A., NISHIJIMA W.T., ROHRBACH K.G. & OHR

H.D., 1994. - Compendium of Tropical Fruit Diseases. The Disease Compendium

Series of the American Phytopathological Society. APS Press, 3340 Pilot Knob Road,

St. Paul, Minnesota, 55121-2097, USA, 88 pp.

Ce 28ème numéro de cette série (la liste des ouvrages parus est reproduite sur le dos de la

couverture) s'inscrit dans la lignée des précédents : qualité exceptionnelle du support papier, de

présentation et d'édition du texte; en particulier, une iconographie abondante, surtout polychrome,

qui a d'ailleurs fait la renommée de la série. Les document photographiques reproduits se

singularisent comme toujours, par une fidélité marquée du sujet traité, signe d'une sélection

rigoureuse. Ce numéro s'individualise cependant par le nombre important de ses éditeurs et de celui

des spécialistes sollicités pour la rédaction des textes couvrant les diverses affections traitées; ceci est

en relation avec le titre de ce numéro. Recommander ce document serait superflu, eu égard à la

qualité scientifique du texte proposé, émanant des spécialistes les plus importants dans leur domaine

respectif à l'échelle internationale.

L'ouvrage se compose de six sections traitant respectivement des productions agricoles

tropicales suivantes : les bananes, les noix de coco, les mangues, les ananas, les papayes et les

avocats. Chacune de ces productions est importante du point de vue économique dans un territoire

tropical particulier. On note cependant avec étonnement que la production mondiale annuelle des

bananes, comparativement la plus marquée, ne représente que le double de celle des noix de coco,

proche de quarante mille tonnes. Il en résulte qu'une connaissance approfondie des affections

concernant ces productions tropicales, permet une politique adéquate de lutte contre les pertes

occasionnées par les divers agents infectieux

Source : MNHN, Paris

238 ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES

Un méme plan d'ensemble est suivi dans chaque section. Aprés une courte introduction

descriptive de la plante cultivée, sont abordées dans le détail les maladies induites par des

champignons, des bactéries, des virus et des nématodes. II est évident que les agents microbiens et

les nématodes incriminés varient selon l'hóte considéré. Chaque section de l'ouvrage comporte

plusieurs chapitres. Chacun de ces derniers a été rédigé par un auteur différent et parfois plusieurs

spécialistes se sont associés pour un méme chapitre. Ceci explique l'importance numérique des

participants ayant contribué à la rédaction de cet ouvrage. Celui-ci se termine par un index de quatre.

pages comportant chacune trois colonnes de texte; le contenu de cet index reflète la densité des mots-

clefs cités dans le texte et interdit toute possibilité d'analyse objective de l'ensemble des thèmes

abordés.

La parution de ce compendium sur les affections des productions agricoles tropicales,

économiquement les plus importantes, répond à une longue attente exprimée par les agriculteurs,

phytopathologistes, producteurs de semences et autres catégories de personnes, impliqués dans la

production et la commercialisation de ces fruits à haute valeur marchande. Ceci explique le mode

particulier d'organisation de ce numéro et la densité des participants. Sa parution satisfait donc à un

besoin actuel de ces agents économiques, puisqu'il met à leur disposition des informations

actualisées et rigoureuses, sur les thèmes traités.

J. Mouchacca

READ D. J., LEWIS D. H., FITTER A. H. & ALEXANDER I. J. (Eds), 1992 - Mycor-

rhizas in Ecosystems. ISBN 0 85198 786 9; Wallingford, Oxon OX10 8DE, United

Kingdom : CAB International, 419 pp.

Comme le soulignent les éditeurs dans la préface, dans la nature, les racines de la plupart des

plantes sont ‘infectées’ par des champignons pour former des mycorrhizes, des formations qui

exercent un rôle primordial dans la capture des nutriments dans le sol. A ce jour, la biologie des

symbioses mycorrhiziennes a fait l'objet d'un nombre important de recherches, exclusivement

menées en conditions contrólées en laboratoire ou en serre. Le temps était donc venu d'étendre ces

recherches à des situations plus naturelles sur le terrain où se réalisent en fait, l'évolution et le

fonctionnement ‘normal’ de ces symbioses particulières.

L'organisation du 3ème Colloque Européen sur les Mycorrhizes répond, en partie, au désir

de compréhension des mécanismes naturels participant aux mycorrhizes. Ceci apparaît à la lecture

des titres de la plupart des contributions présentées lors de cette réunion scientifique, qui s'est tenue

du 19 au 23 aoüt 1992, à l'Université de Sheffield en Grande-Bretagne.

Cet ouvrage issu de ce colloque traite de tout les types principaux de mycorrhizes. Les

facteurs déterminant leur distribution dans les divers écosystèmes, allant des forêts boréales aux

tropiques, sont examinés en profondeur. On trouve également les résultats des essais visant à

accroître la productivité de certains écosystèmes par inoculation avec des symbiontes fongiques plus

efficaces. Des articles importants considèrent l'apport des techniques analytiques les plus récentes

dans l'étude du système champignon-hôte dans sa globalité; d'autres passent en revue les

observations relatives à la fonction mycorrhizienne dans le sol. Quelques contributions considerent la

capture des ions dans le sol par les hyphes mycéliens et les facteurs pouvant influencer leur transfert

aux racines, puis aux cellules végétales. Enfin, les opinions récentes sur les liens fontionnels entre les

associations fongiques des racines «mycorrhizes» et celles des tiges «mycophyllas» sont également

débattues.

Les six premiers chapitres sont issus des présentations orales faites lors du colloque, le

septième correspond aux résumés des posters présentés.

Le premier chapitre débat du statut et de la fonction des mycorrhizes arbusculaires-

vésiculaires dans les écosystèmes au travers de neuf contributions. Cinq d'entre elles traitent de la

physiologie de la nutrition de ces micro-organismes; deux autres détaillent le rôle des hyphes dans le

Source - MNHN. Paris

ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES 239

sol et l'étendue des infections mycorrhiziennes. Cette section introductive comporte également deux

documents de synthèse correspondant, pour l'un à une étude comparative des mycophyllas et des

mycorhizes, pour l'autre à une présentation des particularités des espèces fongiques chez les

Glomales.

Le second chapitre, intitulé ‘Ectomycomhizes des écosystèmes forestiers tempérés et

boréaux', rassemble neuf contributions. Certaines traitent des processus d'absorption et de

translocation de nutriments, d'autres se focalisent sur le potentiel du mycélium, des rhizomorphes,

des ‘nattes’ mycorrhiziques et des associations mixtes de champignons dans les racines. Les

contributions restantes passent en revue les problèmes des potentialités des liaisons inter-plantes,

d'incompatibilités somatiques ou présentent les tentatives d'inoculations en champ à grande échelle.

Le troisième chapitre s'intéresse aux mycorrhizes dans les écosytémes perturbés, agricoles et

successionnels. Cette section, comparativement la plus importante puisqu'elle rassemble douze

contributions, couvre un grand nombre de sujets dans lesquels interviennent aussi bien les ecto- que

les endomycorrhizes. Quatre articles traitent des effets des travaux mécaniques du sol dans les

écosystémes agricoles, prairies ou naturels, y compris en régions arides. Les problémes liés aux

perturbations des foréts, à la pollution atmosphérique ou à la succession des mycorrhizes sont

également traités dans ce chapitre.

La quatrième partie débat des mycorrhizes des écosystèmes des landes et des bruyères, un

sujet généralement peu abordé.

Le chapitre suivant s'interésse aux mycomhizes des écosystèmes tropicaux en Afrique et en

Indonésie où se réalisent d'importantes recherches sur les mycorrhizes des forêts de Diptero-

carpacées.

Le sixième chapitre a pour titre: Écologie physiologique des mycorrhizes. Ses neuf

contributions contiennent des informations sur l'assimilation de l'azote, l'effet des cations

monovalents sur les flux de phosphates et les particularités des organes d'absorption des cations. Le

rôle des canaux ioniques sur les échanges de solutés est largement débattu. On trouve également une

analyse comparative de la production des IAA (indole 3-acide acétique) chez les champignons

saprophytes, ectomycorrhiziens et ericoïdes. Sont également considérés le volet relations plantes-eau

du sol, en rapport avec la sécheresse du sol chez les ectomycorthizes et les activités protéiniques en

tant que marqueurs des fonctions endomycorthiziennes ches les plantes. Cette section comporte

également des synthèses sur la diversité fondtionnelle des ecto- et des endomycorrhizes et, enfin, la

structure des interfaces plantes-champignons chez les mycorrhizes vésiculaires-arbusculaires.

La septième partie rassemble les résumés des soixante posters présentés lors de ce colloque.

Ceux-ci traitent des divers sujets abordés dans les contributions orales. On note cependant une

focalisation des travaux menés sur les effets des polluants et des pluies acides sur l'hôte et ses

mycorrhizes, la croissance des plants mycorrhizés en nurseries et en conditions naturelles et, enfin,

sur les effets des fongicides sur les communautés des rhizosphères.

Cet ouvrage devrait interésser un éventail assez large de spécialistes, allant des mycologues

et des phytopathologistes aux agents forestiers et écologues microbiens impliqués dans les

recherches sur les liens sol-plantes dans les divers écosystèmes. La diversité des themes abordés et

l'abondante bibliographie afférente à chaque article, permettra aux lecteurs de se mettre rapidement

au courant des travaux réalisés à travers le monde dans les laboratoires où se réalisent des recherches

sur ce groupe particulier de champignons. Par ailleurs, si le róle crucial des mycorrhizes dans la

nature n'est plus à démontrer, l'étude des espéces fongiques impliquées dans ces symbioses et des

mécanismes phsiologiques particuliers auxquelles elles participent, devraient fournir des réponses

aux multiples points d'interrogations que se posent encore les spécialistes de ce domaine, Des

retombées intéressantes sont attendues des recherches futures dans ce domaine.

J. Mouchacca

Source - MNHN. Paris

240 ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES

PFLEGER F. L. & LINDERMAN R. G. : Mycorrhizae and Plant Health. The Ameri-

can Phytopathological Society, 3340 Pilot Road Knob, St. Paul, Minnesota 55121-2097,

USA, 1994, 344 pp.

Les deux éditeurs commencent la préface de leur livre en rapportant l'affirmation suivante

formulée une dizaine d'années auparavant par les Drs MARX et SCHENK, auteurs du livre

“Problèmes provocateurs de santé végétale": "Chez la plupart des plantes, les mycorrhizes sont une

composante naturelle des racines, de même que les chloroplastes sont des éléments essentiels des

organes foliaires."

Cette affirmation avait conduit le comité Mycorrhize de la Socité Américaine de

Phytopathologie à proposer d'organiser, en marge de la réunion annuelle de 1992 à Portland dans

l'Oregon, un colloque sur le théme "Plantes Saines, Planète Saine". Objectif principal : informer les

membres de la Société de l'importance croissante des mycorrhizes dans la santé des plantes, pour

aller au delà de l'idée généralement admise, stipulant que les mycorrhizes améliorent la croissance

végétale par un renforcement de l'absorption du phosphore du sol.

L'ouvrage proposé est une version élargie des contributions de ce Colloque; il met en relief

le rôle crucial exercé par les mycorrhizes dans le développement des plantes saines sur la terre et

l'élaboration de systèmes soutenables de productions agricoles et foretières. Son contenu traite

essentiellement de la fonction des mycorrhizes en écologie végétale; en particulier des mycorrhizes

vésiculaires arbusculaires (MVA), présentes dans la plupart des écosystèmes naturels ou cultivés.

Les neuf parties de cet ouvrage rassemblent quatorze contributions. Celles-ci traitent du rôle

des MVA et des ectomycorrhizes dans la suppression des maladies végétales y compris une

discussion sur les mécanismes des interactions entre mycorrhizes et pathogènes. Un thème

d'actualité également abordé a trait au rôle des mycorrhizes dans les processus de réexploitation

agricole de sites perturbés, suite à des activités telles que l'exploitation minière. Deux articles tentent

d'évaluer les effets des pratiques usuelles en agriculture et en nurseries forestières sur les

mycorthizes; en particulier ceux concemant l'emploi des fertilisants, des pesticides et des

désherbants ainsi que la politique relative au statut génétique des hôtes sélectionnés.

Les effets de la pollution atmosphérique sur la santé des plantes, à travers la connection

mycorrhize, sont passés en revue dans une excellente contribution. Les correlations entre les MVA

ou les ectomycorrhizes et la biogéochimie des sols, en relation avec les processus de recyclage des

nutriments, font l'objet d'une analyse approfondie; celle-ci aborde les problémes de la variation des

particularités physiques du sol, suite à des modifications des taux d'aggrégation. Un chapitre est

consacré à la systématique des champignons endomycorrhiziens du groupe des Glomales; un autre

traite des approches moléculaires et génétiques pour la compréhension de la formation et du

fonctionnement des mycorrhizes. Enfin, le dernier chapitre est un résumé général, rédigé par les deux

éditeurs; c'est une synthèse des informations présentées mais il comporte aussi des suggestions pour

des recherches futures dans ce domaine.

La parution de ce document ainsi que celui rassemblant les contributions du 3ème Colloque

Européen des Mycorrhizes, devraient permettre une meilleure compréhension du rôle critique des

mycorrhizes dans les écosystèmes végétaux. La publication simultanée de ces deux ouvrages

confirme que la science des mycorrhizes est un domaine en expansion rapide, mais que beaucoup de

questions restent encore sans réponses. Les résultats présentés sont une preuve tangible que cette

discipline scientifique a dépassé le stade préliminaire; elle constitue maintenant un volet

d'investigation devant être intégré dans toutes recherches menées sur des espèces végétales, toute

disciplines confondues.

J. Mouchacca

Source : MNHN, Paris

ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES 241

WESSELS J.G.H. and MEINHARD F., 1594 - The Mycota. I. Growth differentiation

and sexuality. Esser K. and Lemke P.A. eus, Springer Verlag, Paris.

En 1965 parut le premier volume du traité de Ainsworth & Sussman "The Fungi", sorte de

bible des mycologues. Trente ans plus tard, Esser & Lemke ont voulu répondre & une demande des

mycologues et biologistes contemporains en éditant un nouveau traité général sur la biologie des

champignons.

La série "The Mycota" sera composée de 7 volumes qui sortiront entre 1994 et 1998. Elle se

propose de répondre à trois questions fondamentales qui ressemblent à celles des années 65: que sont

les champignons, que font-ils et quelle est leur importance par rapport à l'homme en cette fin de

siècle?

Le premier volume: "Growth, differentiation and sexuality" est sorti en 1994, les 6 autres

volumes sont prévus pour les années suivantes, jusqu'en 1998.

Il comporte deux parties principales traitant l'une des mécanismes de croissance végétative

et l'autre des mécanismes reproducteurs, Les deux premiers chapitres sont consacrés au cycle

cellulaire de Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe, deux levures très proches du

point de vue taxonomique mais éloignées du point de vue évolutif. C'est justement à partir de cette

analyse comparée que se discutent les caractéristiques conservées et non conservées des génes

régulant le cycle cellulaire. Les deux chapitres suivant traient de la structure de l'hyphe dans son

intégralité et de son fonctionnement. Le róle du cytosquelette dans le mouvement des organelles,

dans l'accroissement hyphal et dans la mitose est mis en évidence dans le troisième chapitre. Celui-ci

constitue un bilan actuel des connaissances mais quelques questions restent encore posées sur le

mécanisme précis de ces mouvements. La réponse à ces questions doit sans doute étre recherchée

aussi au niveau plus élevé des Eucaryotes. Des molécules telles que la kinésine et la dynéine

pourraient constituer un début de réponse.

Le quatrième chapitre traite de la pression osmotique et de 1a régulation de la turgescence

chez les champignons filamenteux. Sont exposés, d'une façon synthétique, les phénomènes généraux

qui accompagnent la croissance, tels que l'absorption de l'eau, les mécanismes de contrôle de la

dilution et de la déshydratation. Les mécanismes de régulation du potentiel osmotique sont discutés

chez deux exemples de champignons d'écologie extrême (Dendryphiella salina et Saprolegnia sp.)

et, avec moins de détail, chez les champignons non aquatiques. Le chapitre 5 traite aussi des aspects

biophysiques de la répartition des systèmes de transport tout au long de la membrane plasmique et

ses conséquences physiologiques dans l'accroissement polarisé. L'auteur a des concepts très

personnels et suggère des expérimentations non conventionnelles pour avancer dans la connaissance

du sujet. Le chapitre 6 apporte quelques détails nouveaux sur la biogenèse de la paroi cellulaire mais

rien d'essentiel par rapport à ce ui est déjà publié par ailleurs. Le chapitre 7 focalise sur la biogenèse

de la paroi apicale. L'hypothèse d'excrétion d'enzymes à travers les parois des ramifications formées

au cours de l'idiophase est particulièrement intéressante. Le chapitre 8 porte sur le dimorphisme

forme levure-forme filamenteuse comme moyen d'adaptation. Le chapitre 9 est une révision sur les

phénomènes de translocation chez les organes végétaüfs tels que les rhizomorphes et les

fructifications de basidiomycètes. Les chapitres 10 et 11 traitent de la régulation de la croissance

(entension, ramification) et de la sénescence. Des rapprochements entre les cellules cancéreuses et

certains types de cellules fongiques qui échappent à la sénescence sont discutés de fagon fort

intéressante. Le chapitre 12 est consacré à l'incompatibilité sexuelle hétérogénique et les auteurs

proposent une modification du concept d'espèce biologique. Le chapitre 13 ouvre la deuxième partie

du volume. Ce chapitre et les suivants sont consacrés à la régulation de la méiose et de Іа sporulation

de Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe tandis que le chapitre 15 porte sur les

mêmes phénomènes chez les champignons filamenteux. Le chapitre 16 revient sur les levures et les

conclusions générales sur l'homothalisme sont intéressantes. Les trois chapitres suivants portent sur

Source : MNHN. Paris

242 ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES

létude des génes et des mécanismes moléculaires déterminant la sexualité chez les Asco- et

Basidiomycétestes. Les chapitres 20, 21 et 22 abordent la question des mécanismes de contrôle et

l'accomplissement de la morphogenèse des ana- et téléomorphes. Les derniers trois chapitres

concement enfin l'étude des activités des phéromones dans le contrôle de la différenciation sexuelle

chez les levures et les champignons filamenteux.

On remarque, comme cela est fréquent dans ce type d'ouvrages écrit par plusieurs auteurs,

que les mêmes thèmes sont repris dans des optiques différentes dans plusieurs chapitres. Malgré

quelques redondances, l'ensemble de ce premier volume est fort intéressant et nous conduit à attendre

impatiemment la parution des suivants. Ils constitueront sans doute, dans leur ensemble, une base de

référence pour les chercheurs et les enseignants en mycologie.

L. Bettucci

Commission paritaire 16-1-1986 - N° 58611 - Dépôt légal 3° trimestre 1995 - Imprimerie F. Paillart

Sortie des presses le 30 septembre 1995 - Imprimé en France

Éditeur : A.D.A.C. (Association des Amis des Cryptogames)

Président : D. Lamy; Secrétaire : B. Dennetière

Trésorier : B. de Reviers: Directeur de la publication : H. Causse

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Source : MNHN. Paris

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