Mycologie fondamentale et appliquée Patrick BOIRON Laboratoire de Mycologie, Faculté de Pharmacie, Lyon, France

La Mycologie à l’ISPB 2 3 4 5 Année Laboratoire de Parasitologie et Mycologie Médicale Laboratoire de Mycologie Fondamentale et Appliquée aux Biotechnologies Industrielles

Introduction 4ème année 5ème année

Généralités et systématique Patrick BOIRON Laboratoire de Mycologie, Faculté de Pharmacie, Lyon, France

Enseignement disponible à : http://ispb.univ-lyon1.fr Laboratoires Mycologie Cours de mycologie Cours de IIème année Généralités – texte Généralités - diaporama

Etymologie Champignons Toile de Otto Marsaeus Van Schriek, 1619 – 1678 : Pilze und Schmetterlinge, Musée de Bâle Champignons ou "Fungi” (contraction du latin “funus”, funéraille, et d’“ago”, produire) ou mycètes (du grec “mukês”, champignon)

Classification des êtres vivants Plantes : nutrition liée à la photosynthèse Animaux : nutrition par ingestion Champignons : nutrition caractérisée par l’absorption

Arbre phylogénétique Comparaisons des séquences génétiques = arbre phylogénétique Règne autonome des Champignons, à côté des : Animaux Plantes Procaryotes Protistes

Classification actuelle des champignons Basée classiquement sur les mécanismes de reproduction sexuée et maintenant la phylogénie Champignons vrais (au sens strict) = Eumycètes : Chytridiomycètes Zygomycètes Ascomycètes Basidiomycètes (Deutéromycètes) Les Oomycètes ou champignons-algues ont été récemment séparés de champignons vrais Les Myxomycètes ne sont plus considérés comme des champignons

Ultrastructure des champignons Organismes Eucaryotes (Division des Eumycètes = Eumycota) Noyaux individualisés pourvus d’une membrane nucléaire Chromosomes et nucléole Appareil mitochondrial

Paroi et membrane des champignons Paroi cellulaire périphérique + vacuoles turgescentes dans le cytoplasme  végétaux Paroi peptidopolyosidique épaisse (de composition variable selon les groupes : mannanes, glucanes, chitine, chitosane, protéines, phospholipides) Membrane riche en stérols (ergostérol) L’intermédiaire de la lysine est l’acide diaminoapidique (généralement, acide diaminopimélique chez les bactéries)

Relations avec le vivant Nombre évalué à  75.000 espèces (1,5 millions ?) La plupart sont des saprophytes dans le sol, sur des plantes mortes ou vivantes

Champignons phytopathogènes Beaucoup d’espèces sont des parasites de plantes = phytopathogènes (problème économique) Claviceps purpurea

Symbiotisme fongique Diverses espèces sont symbiotiques, soit associées à des algues (dans les lichens) ...

Symbiotisme fongique ... soit associées à des racines (constituant les mycorhizes)

Parasitisme fongique Absence de chloroplastes (et donc de chlorophylle)  animaux Organismes hétérotrophes (nutrition carbonée dépendante de la présence de matières organiques préformées)

Champignons opportunistes Quelques centaines, sont opportunistes, pouvant devenir pathogènes pour l’homme et les animaux (mycoses)

Structure morphologique L’organisation cellulaire de base des champignons est le thalle (= appareil végétatif) (généralement en phase haploïde)

Structure morphologique Le thalle se caractérise par une structure le plus souvent filamenteuse (mycélium) (Hyphomycètes), pouvant présenter un degré considérable de différentiation ...

Structure morphologique … à une forme unicellulaire (levure) (Blastomycètes)

Multiplication / reproduction Ils se reproduisent par des spores, selon un mode asexué et / ou sexué

Les champignons-algues Division des Straménopiles Les Oomycètes (mildious, rouilles, etc.)

Les principales classes de champignon au sens strict Division des Eumycètes Les Chytridiomycètes Les Zygomycètes Les Ascomycètes Les Basidiomycètes Les Deutéromycètes

Les Chytridiomycètes Souvent unicellulaires Probablement proches des algues Sans pathogénicité pour l’homme Responsables de zoonoses chez les amphibiens

Les Zygomycètes Classe de quelques centaines d’espèces

Les Zygomycètes Saprophytes : moisissures

Les Zygomycètes Parasites : Insectes (Entomophthorales) Nématodes et Amibes (Zoopagales) Plantes

Les Zygomycètes Mucorales : Parasites des champignons, des animaux et des hommes (mucormycoses)

Les Ascomycètes Environ 15.000 espèces + environ 15.000 espèces lichénisantes

Les Ascomycètes Nombreuses espèces utilisées pour : La fabrication d’antibiotiques et d’autres médicaments Des fermentations Leur valeur gastronomique (Morilles, Truffes) Quelques espèces redoutables parasites des végétaux, des animaux et des hommes

Les Basidiomycètes Environ 20.000 espèces Champignons considérés comme les plus perfectionnés Nombreuses espèces à fructification développées ou carpophores (Cèpes, Amanites, etc.)

Les Deutéromycètes = Adélomycètes = Fungi imperfecti (Champignons imparfaits) Ensemble artificiel ( groupe naturel) d’environ 15.000 espèces (affinités d’Ascomycètes) Ne présentant jamais, ou très exceptionnellement, de forme de reproduction sexuée Ne se reproduisent que par voie végétative (spores asexuées) ou par simple fragmentation du mycélium Responsables d’un grand nombre de maladies des végétaux et humaines

Synthèse 1a Intérêt des champignons Règne autonome des champignons Domaines impliquant la mycologie : santé, recherche, industrie pharmaceutique, agro-alimentaire, etc. Règne autonome des champignons Caractérisés par un mode de nutrition par adsorption Organismes eucaryotes

Synthèse 1b Comportements variés Saprophytes, symbiotiques (lichens, mycorhizes), parasites (phytopathogènes, pathogènes humains et/ou animaux), opportunistes Organisation cellulaire de base : le thalle (appareil végétatif) Thalle filamenteux (= mycélium) (micro- et macromycètes) Unicellulaire (= levure)

Synthèse 1c 2 modes de multiplication/reproduction Multiplication asexuée Reproduction sexuée (sauf Deutéromycètes) Grande diversité des espèces (≥ 75.000) mais classification simplifiée Straménopiles (Oomycètes) Eumycètes (Chytridiomycètes, Zygomycètes, Ascomycètes, Basidiomycètes, Deutéromycètes)

Thalle végétatif Filament = hyphe (mycélium) Structure : Tubulaire Ramifiée Plurinuclée (nombre de noyaux très variable)

inférieurs (Zygomycètes) : Thalle végétatif Cas des champignons inférieurs (Zygomycètes) : Filaments non cloisonnées (= mycélium siphoné ou coenocytique) Les noyaux cohabitent dans le cytoplasme commun

Cas des champignons supérieurs Thalle végétatif Cas des champignons supérieurs Hyphes cloisonnées par des cloisons (septa, sing. septum)  division du filament en articles (filament “articulé”) Pores traversant les cloisons + corps de Woronin (lésion)  passage intercellulaire de : cytoplasme organites subcellulaires noyaux

Thalle végétatif Diamètre des hyphes variable, de 3-4 m à plus de 10 m, selon : Conditions de l’environnement Position dans la colonie Espèce

Thalle végétatif Cas des levures : Thalle formé de cellules isolées Parfois : pseudo-filaments + filaments vrais (Candida) 1 noyau par cellule

Croissance des champignons Thalle végétatif Croissance des champignons Dissémination (survie) Pénétration dans les substrats (mais aussi croissance en 3 dimensions) Allongement exponentiel puis linéaire des hyphes Néosynthèse de composants pariétaux (chitine) Ramifications à autotropisme négatif ( colonies circulaires zonées)

Thalle végétatif Fusion des hyphes Croissance végétative = phénomène d’anastomose (autotropisme positif) Transport rapide de substances nutritives (facilitation de la sporulation) Recombinaison asexuée (= parasexualité) du matériel génétique (maintien de la variabilité génétique) Croissance infinie versus sénéscence

Modifications morphologiques des filaments végétatifs Vésicules (dégénérescence) Epaississements terminaux (organes pectinés, cellules en noisettes, etc.) Chlamydospores (formes de résistance) Boucles (capture de nématodes), spirales, etc. Rhyzoïdes Capsule Agglomération des filaments : mèches (= cordons), corémies (= synémas, graphiums), sclérotes (conservation)

Modifications morphologiques des filaments végétatifs Corémie Cellules en noisette Boucle

Modifications morphologiques des filaments végétatifs Candida albicans Fusarium Chlamydospores = spore de résistance

Modifications morphologiques des filaments végétatifs Rhyzoïdes Vésicules Spirales

Modifications morphologiques des filaments végétatifs Cas particulier de certaines levures : la capsule (Cryptococcus neoformans)

Notion de dimorphisme Phase saprophytique filamenteuse dans l’environnement et au laboratoire (milieux usuels, température ordinaire) Phase parasitaire dans les tissus Levure : Histoplasma capsulatum et H. duboisii, Blastomyces dermatitidis, Paracoccidioides brasiliensis, Sporothrix schenckii, Penicillium marneffei Sphérule : Coccidioides immitis Grain : agents de mycétomes Cellules fumagoïdes : agents de chromoblastomycose

Notion de dimorphisme Histoplasmose

Notion de dimorphisme Coccidioïdomycose

Notion de dimorphisme Chromoblastomycose

Mode de propagation des champignons Le plus simple : croissance et bouturage Avec différentiation d’organe : production de spores : Multiplication asexuée (= végétative) (mode anamorphe, ou forme “imparfaite” = fungi imperfecti) Reproduction sexuée (mode téléomorphe, ou forme forme “parfaite”) Mode anamorphe + mode téléomorphe = holomorphe Mycélium stérile (mycelia sterila)

Multiplication asexuée Mitose ( mitospores) Mode endogène : production de spores internes (endospores) Mode exogène : production de spores externes (conidies)

Multiplication asexuée Mitose

Multiplication asexuée Mode endogène : production de spores internes (endospores) Mode exogène : production de spores externes (conidies)

Multiplication asexuée Cas les levures (Blastomycètes) Forme levure : notion morphologique et NON taxonomique Cas général : multiplication asexuée par bourgeonnement (bourgeon = blastoconidie) Rare : multiplication asexuée par fission

Exemple des champignons-algues (Oomycètes) Zoospores mobiles biflagellées Enkystement possible Parfois cycle complexe (générations successives de zoospores, spores germinatives ( mycélium) ou produisant des zoospores) Plasmopara viticola (mildiou)

Champignons filamenteux (Hyphomycètes) Champignons inférieurs

Exemple des Chytridiomycètes Spores mobiles uniflagellées

Exemple des Zygomycètes Jamais de zoospores mobiles Endospores Sporocystophore - sporocyste – sporocystospores Voir TP

Champignons filamenteux (Hyphomycètes) Champignons supérieurs

Champignons supérieurs Conidiophore - cellule conidiogène – conidies Ascomycètes ++ Basidiomycètes  (rôle secondaire / reproduction sexuée) Deutéromycètes Conidiogénèse  complexe  voir TP

Reproduction sexuée Plasmogamie (notion de compatibilité génétique) et phase dicaryotique (dicaryon) Caryogamie (haploïdie  diploïdie) Méïose (diploïdie  haploïdie)

Reproduction sexuée Cas général : isogamie (organes de fécondation morphologiquement similaires) Plus rare : anisogamie Hermaphrodisme Organes de la reproduction sexuée = gamétocystes Anthéridie (mâle) Oogone (= ascogone chez les Ascomycètes) (femelle) Spores sexuées ou méïospores

Chytridiomycètes Gamètes libres et mobiles, produits par les gamétocystes

Zygomycètes Gamétocystes non différenciés Spore sexuée = zygote ou zygospore Notion d’homothallisme et d’hétérothallisme

Ascomycètes Gamétocystes différenciés Fécondation de l’oogone (= ascogone) par l’anthéridie  asques portés par des filaments ascogènes  ascospores (à l ’intérieur des asques)

Ascomycètes Asques dispersées ou regroupées au sein d’ascocarpes : Cléistothèce Gymnothèce Périthèce Apothécie

Ascocarpe Cléisthothèce Gymnothèce

Ascocarpe Périthèce

Ascocarpe Apothécie

Basidiomycètes Phase dicaryotique prolongée, visualisée par les crochets (ou anse) de conjugaison

Basidiomycètes Différentiation réduite des gamétocystes  basides  basidiospores

Basidiomycètes Basides portées par le mycélium ou par un basidiocarpe (= carpophore), différencié en :  stipe (= pied)  et pileus (= chapeau) portant l’hyménium Amanita phalloides

Voir cours sur les Macromycètes Basidiocarpe Voir cours sur les Macromycètes

Multiplication asexuée et reproduction sexuée Spores Asexuée Sexuée Zygospores Endospores Ascospores Conidies Basidiospores

Classification Spores Asexuée Sexuée Zygospores Zygomycètes Endospores Ascospores Ascomycètes Conidies Basidiospores Basidiomycètes Deutéromycètes

Synthèse 1d Thalle végétatif Caractéristiques, structure différentielle entre champignons inférieurs et supérieurs, cas des levures, croissance et fusion des hyphes Modifications morphologiques des filaments végétatifs Notion de dimorphisme

Synthèse 1e Modes de propagation des champignons Multiplication asexuée Modes endogène et exogène, cas des levures, Zygomycètes, champignons supérieurs Reproduction sexuée Zygomycètes, Ascomycètes, Basidiomycètes

Synthèse de la classification Synthèse 1f Synthèse de la classification