Les champignons « microscopiques » : structure et reproduction Cellule procaryote

Champignons microscopiques = micromycètes 2 groupes de mycètes microscopiques : - Levures - Moisissures novembre 2006 Cellule procaryote

1. Définitions novembre 2006 Cellule procaryote

1-1- Champignon Organisme eucaryote - pluricellulaire et filamenteux (moisissure) ou de forme prédominante unicellulaire (levure) - capable de se développer en saprophyte ou en parasite - à cellule(s) pourvue(s) d’une paroi - à cellule(s) dépourvue(s) de chloroplastes, donc chimiotrophes et même hétérotrophes.

1-2- Levure Champignon - en général unicellulaire pouvant parfois former des filaments appelés pseudo mycéliums (se présentant sous forme de cellules attachées) - se reproduisant soit de façon asexuée (bourgeonnement) ou de façon sexuée (spores sexuées)

Levure bourgeonnante observée au microscope optique (objectif X 40)

Levure formant un pseudomycélium

1-3- Moisissure Champignon - organisé en filaments longs, fins et ramifiés à structure cellulaire appelés hyphes dont l’ensemble forme un mycélium. - se reproduisant soit de façon asexuée soit de façon sexuée (spores sexuées)

Appareil sporifère Cloisons = septums Filament = hyphe

2. Structure des micromycètes novembre 2006 Cellule procaryote

2-1- Structure de la cellule fungique 2-1-1- Observation au microscope électronique à transmission

2-1-2- Les divers constituants Limité par une enveloppe constituée de 2 membranes, enfermant de la chromatine (formée par l’ADN des chromosomes), un nucléole et du nucléoplasme - Noyau - Cytoplasme avec ribosomes - Divers organites * Réticulum endoplasmique * Appareil de Golgi * Mitochondries - Plasmides Participant à la synthèse des protéines (REG) et des lipides (REL)

Schéma d’une cellule fungique

1- membrane plasmique 2- périplasme 3- paroi 4- Dictyosome de l’appareil de Golgi 5- vacuole 6- chromatine avec ADN (17 paires chez Saccharomyces cerevisiae) 7- Réticulum endoplasmique granulaire 8- membrane interne de l’enveloppe nucléaire 9- mitochondrie 10- cicatrice du bourgeon Existent également : - de l’ ADN mitochondrial - de l’ADN plasmidique

2-1-3- Constituant spécifique : la paroi - Paroi différente de la paroi des cellules végétales et de la paroi bactérienne - Paroi toujours de nature polyosidique pure - Paroi généralement constituée de plusieurs couches comportant des polyosides différents d’une espèce à l’autre - Paroi assurant la forme, une résistance mécanique et une résistance aux variations de pressions osmotiques Retenons : Cellulose : polymère de b-D-1,4 glucose Mannane : polymère de a-D-1,4 glucose Chitine : polymère de b-D-N acétyl glucosamine

2-2- Structure des champignons 2-2-1- Structure des moisissures

2-2- Structure des champignons 2-2-1- Structure des moisissures Aspergillus Appareil sporifère Cloisons = septums Filament = hyphe

Caractéristiques microscopiques Hyphe sans cloison Sporange enfermant des spores endogènes

2-2- Structure des champignons 2-2-1- Structure des moisissures 2-2-1-1- Organisation générale

Moisissure = champignon pluricellulaire avec des cellules : - certaines organisées en filaments appelés hyphes dont l’ensemble forme le mycélium - et certaines spécialisées dans la reproduction formant l’appareil sporifère. L’ensemble du mycélium et de l’appareil sporifère constitue le thalle.

Les cellules des hyphes peuvent être : - soit séparées par des cloisons (septums) chez les champignons supérieurs appelés Septomycètes - soit sans cloisons (ou à rares cloisons) chez les champignons inférieurs appelés Zygomycètes. Le septum n’empêche pas une communication entre cellules car il existe des pores dans ces cloisons entre cellules juxtaposées.

Cellule 1 Cloison = septum Pore Cellule 2

2-2- Structure des champignons 2-2-1- Structure des moisissures 2-2-1-2- Organisation de quelques champignons supérieurs (Septomycètes) Exemple de moisissures : champignons supérieurs - Aspergillus - Penicillium - Geotrichum - Fusarium - Alternaria…..

Aspergillus flavus (observation à l’objectif X 40) Appareil sporifère en pomme d’arrosoir Cloisons = septums Filament = hyphe

Aspergillus flavus (observation à l’objectif X40) Phialide Conidiophore dilaté en vésicule Spores exogènes Conidiophore Hyphe avec cloison Conidies = spores

Aspergillus fumigatus (observation en présence de bleu coton à l’objectif X 40)

Aspergillus niger (observation en présence de bleu coton à l’objectif X 40)

Penicillium Appareil sporifère en pinceau Spores exogènes = conidies

Penicillium (observation au microscope électronique à balayage) Conidies : spores exogènes Phialide Métule

Penicillium biverticellé (observation à l’objectif X 40) 1 verticille Phialide Métule Ramification Conidiophore

Geotrichum (observation à l’objectif X 40) Spores thalliques : spores provenant de la transformation du thalle = arthrospores

Fusarium (schéma)

Alternaria

2-2- Structure des champignons 2-2-1- Structure des moisissures 2-2-1-3- Organisation de quelques champignons inférieurs (Zygomycètes) Exemple de moisissures, champignons inférieurs - Moisissures de l’ordre des Mucorales * genre Mucor * genre Absidia * genre Rhizopus

Caractéristiques microscopiques Hyphe sans cloison Sporange enfermant des spores endogènes

Sporange et spores endogènes

Sporange et spores endogènes d’Absidia

Caractéristiques microscopiques distinctives : présence de rhizoïdes Exemple : Rhizopus Rhizoïdes

2-2-1- Organisation des moisissures Mucorales : Rhizopus Rhizoïdes

Observation des rhizoïdes d’un Rhizopus au microscope (objectif X 40)

2-2- Structure des champignons 2-2-2- Structure des levures Levure = champignon - toujours supérieur - généralement unicellulaire (cellule de forme sphérique ou ovoïde ou allongée) - immobile - pouvant présenter une (ou plusieurs) spore(s ) formée(s) par bourgeonnement et qui redonnera une levure. - avec chez certaines espèces des cellules issues du bourgeonnement qui ne se séparent pas et forment un pseudomycélium. Spore appelée blastospore

Levure bourgeonnante observée au microscope optique (objectif X 40)

Levure observée en microscopie électronique à balayage Cellule ovale Bourgeon polaire : blastospore

Levure bourgeonnante en microscopie électronique Blastospore = spore formée par bourgeonnement d’une levure ou d’un filament

Levure bourgeonnante en microscopie électronique à balayage

Levure formant un pseudomycélium

Levure formant un pseudomycélium Blastospores Levure

3. Reproduction des micromycètes novembre 2006 Cellule procaryote

Les deux modes de reproduction - Reproduction asexuée par l’intermédiaire de spores - Reproduction sexuée mettant en jeu la formation d’une cellule « œuf » Remarque : on parle parfois de - champignons parfaits : champignons capables de reproduction sexuée (et asexuée) - champignons imparfaits : champignons dotés d’une reproduction asexuée et pour lesquels il n’existe pas (ou l’on ne connaît pas) de reproduction sexuée.

3-1- La reproduction asexuée Elle met en jeu : - soit une cellule spécialisée - soit une cellule provenant d’une simple multiplication de la cellule initiale

3-1-1 Reproduction asexuée par formation d’une cellule spécialisée 3-1-1- 1- Nature de la cellule spécialisée Cellule spécialisée : Peut provenir de la transformation des cellules du thalle : spore thallique (ex : spores thalliques de Geotrichum) Peut être formée à l’intérieur d’une structure différenciée appelée sporange (ex : spores endogènes des Mucorales) Peut être portée par une structure spécialisée , la phialide : conidies ou conidiospores des Aspergillus ou Penicillium)

Geotrichum (observation à l’objectif X 40) Spores thalliques = arthrospores

Sporange et spores endogènes Spores endogènes = sporangiospores Sporange

Penicillium Spores exogènes = conidies = conidiospores

Aspergillus (observation à l’objectif X40) Phialide Conidies

3-1-1- 2- Reproduction par une cellule provenant d’une simple multiplication de la cellule initiale Il s’agit de cellules provenant d’un bourgeonnement plus ou moins complexe d’une cellule : spore blastique (ex : blastospore des levures)

Levure bourgeonnante observée au microscope optique (objectif X 40) Blastospores Levure

Levure bourgeonnante en microscopie électronique Blastospore = spore formée par bourgeonnement d’une levure ou d’un filament

3-1-3- Les différentes étapes du développement asexué La spore asexuée va : - germer, subir une mitose - donner un filament mycélien Le filament mycélien se ramifie et produit un appareil sporifère qui génère des spores…..

3-2- La reproduction sexuée 3-2-1- Principe Des cellules du champignon à 2n chromosomes (donc diploïdes) subissent une méiose pour former des cellules haploïdes (à n chromosomes) appelées spores (encore !) = spores sexuées. Des spores de 2 individus à caractères sexuels opposés s’unissent pour former une nouvelle cellule diploïde appelée cellule œuf.

3-2-2- Les étapes de la reproduction sexuée Union de deux spores "sexuées" (gamètes) de signe sexuel différent (notés a et b ou + et -) Mélange des cytoplasmes des deux spores Fusion des deux noyaux conduisant à la formation d'une cellule œuf diploïde appelée zygote, origine d'un nouvel individu. Certaines cellules subiront une méïose donnant des spores sexuées haploïdes…..

3-2-3- Reproduction sexuée et classification Selon la structure caractéristique des spores sont distingués : les Ascomycètes (Ascomyceta) : les spores haploïdes sont enfermées dans des organes en forme de sacs (asques), ces spores sont appelées ascospores Les Basidiomycètes (Basidiomyceta) : les spores haploïdes sont enfermées dans des organes situés en bout de mycélium appelés basides, ces spores sont appelées basidiospores Les Zygomycètes (Zygomyceta) : des spores haploïdes entourées de paroi épaisse appelées zygospores sont formées et restent attachées à l’hyphe.

Reproduction sexuée et ascomycètes Asque

Reproduction sexuée et basidiomycètes Basides et basidiospores

Reproduction sexuée et zygomycètes Zygospores

Définition asque et ascospore Asque : sorte de sac, caractéristique des ascomycètes, dans lequel sont enfermées des spores haploïdes (4 ou 8) servant à la reproduction. Ascospore : spore haploïde produite et contenue dans une asque servant à la reproduction

Quelques exemples de champignons à reproduction sexuée Exemples d’ Ascomycètes (Ascomyceta) : la Morille ou la truffe... les Saccharomyces sexués : Saccharomyces cerevisiae Penicillium et Aspergillus Exemples de Basidiomycètes (Basidiomyceta) : la plupart des champignons des bois certaines levures comme Cryptococcus Les Zygomycètes (Zygomyceta) : Rhizopus

3-3- La reproduction asexuée et sexuée de Saccharomyces cerevisiae Est un champignon parfait Est capable de vivre soit sous forme haploïde (n = 17) Soit sous forme diploïde (n = 34) Est capable de se multiplier Par reproduction asexuée par bourgeonnement lorsqu’il y a assez de nutriments dans le milieu Par reproduction sexuée en cas de carence nutritionnelle.

3-3- La reproduction asexuée et sexuée de Saccharomyces cerevisiae

Reproduction asexuée de Saccharomyces cerevisiae Déroulement : mitose avec séparation des cellules filles par bourgeonnement Remarque : la reproduction asexuée concerne aussi bien la levure sous forme haploïde que sous forme diploïde

Reproduction sexuée de Saccharomyces cerevisiae Déroulement : - La levure diploïde entre en méïose (en carence nutritionnelle) : obtention de 4 cellules à noyaux haploïdes enfermés dans un asque (donc obtention de 4 ascospores dont 2 cellules a et 2 cellules b) - A maturité, rupture de l’enveloppe de l’asque et libération des 4 ascospores qui vont * soit se multiplier par reproduction asexuée (bourgeonnement) * soit fusionner sous l’effet de phéromones sexuels avec une cellule de caractère sexuel opposé donnant une cellule œuf diploïde (zygote) donnant, après fusion des noyaux une levure diploïde qui pourra à son tour se reproduire soit par reproduction sexuée, soit par reproduction asexuée

4. Utilisation industrielle des micromycètes novembre 2006 Cellule procaryote

4-1- Utilisation en fromagerie Utilisation des levures telles que Kluyveromyces, Saccharomyces… pour : désacidifier en début d’affinage (consommation de l’acide lactique du caillé) produire de nombreuses molécules responsables des arômes - Utilisation des moisissures comme agents essentiels de l’affinage telles que Geotrichum candidum, Penicillium camembertii, Penicillium roqueforti….

4-2- Utilisation en charcuterie Utilisation des levures et moisissures pour produire de nombreuses molécules responsables des arômes Remarque : aspect blanc extérieur des saucissons est la conséquence du développement de levures et de moisissures.

4-3- Utilisation dans diverses préparations culinaires Choucroute : levures Préparation culinaire asiatique * Aspergillus flavus dans le saké * Aspergillus et Rhizopus dans la sauce de soja * Mucorales dans le tofu obtenu à partir du lait de soja….

4-4- Utilisation dans la fabrication du pain Saccharomyces cerevisiae : espèce de levure la plus commune utilisée pour la fabrication du pain. Elle est capable de fermenter (fermentation éthanolique) le glucose, le maltose et le maltotriose, libérés après hydrolyse de l’amidon par les amylase que la pâte contient. • Le CO2 libéré par la fermentation crée des poches dans la pâte dont la cohésion est assurée par un maillage de gluten, responsables du moelleux de la mie. Des arômes sont aussi libérés pendant la fermentation, tels que certains acides organiques, aldéhydes, éthanol et autres alcools, esters et cétones.

4-4- Utilisation dans la fabrication du vin : les levures du vin Les levures présentes naturellement à la surface de la pellicule des grains de raisin participent à la fermentation des glucides contenus dans la pulpe (fermentation éthanolique et autres). • Les levures intéressantes sont : - Saccharomyces, - diverses autres comme Kloeckera, Hanseniaspora….. qui contribuent au dégagement d’arômes dans le vin

4-5- Autres utilisations La culture de champignons in vivo ou en réacteurs permet la production industrielle de molécules d’intérêt : – Acides organiques (acide citrique ……) – Médicaments * antibiotiques : pénicilline par Penicillium chrysogenum, céphalosporines par Cephalosporum, acide fusidique par le genre Fusidium… * cyclosporine * alcaloïdes de l’ergot de seigle vasoconstricteurs, anticancéreux – Insecticides et nématicides – Vitamines – Phytohormones

Mais attention , levures et moisissures sont également redoutées pour leurs effets néfastes : - altération des qualités organoleptiques (fruits, légumes, céréales, produits laitiers, confitures …..) - production de toxines dangereuses (production d’aflatoxines par certains Aspergillus flavus…..) novembre 2006 Cellule procaryote

FIN novembre 2006 Cellule procaryote