Développement, pathogénicité et métabolisme secondaire chez Penicillium expansum : implication de VelB et LaeA, deux facteurs de transcription du complexe velvet

Penicillium expansum, the causal agent of blue mold disease in apples, is one of the most studied filamentous fungi of the genus Penicillium. This plant pathogenic fungus can infest many fruits during harvest and throughout the storage period and produces mainly the mycotoxin patulin. However, patulin is not the only mycotoxin produced by P. expansum, as it produces a wide variety of secondary metabolites including citrinin and chaetoglobosin A. In filamentous fungi, genes encoding proteins involved in secondary metabolism are organized into clusters. Secondary metabolism is regulated by specific or global transcription factors. Specific transcription factors are encoded by genes that are located in the biosynthetic gene cluster and act directly on all other genes located in the same cluster. These specific transcription factors are controlled by global transcription factors, which are encoded by genes outside the biosynthetic gene cluster and are affected by environmental cues. The light-dependent velvet complex, involving three global transcription factors: VelB, LaeA and VeA, plays an important role in the regulation of development, sporulation, pathogenicity and secondary metabolism in many fungal species. Characterization of the role of VelB, LaeA and VeA in the regulation of secondary metabolism as well as several physiological processes is essential to understand the behavior of this microscopic fungus.In this context, the first objective of this thesis was to investigate the involvement of these three transcription factors in fungal development and secondary metabolism in P. expansum. At first, we performed an in vivo study and the behavior of all three Pe∆velB, Pe∆laeA, and Pe∆veA mutant strains was compared to that of the WT strain on Golden Delicious apples. All three strains were able to colonize apples, but at a lower rate that the WT strain. However, the Pe∆veA strain was the only strain that was unable to pierce the wall of apples and to emerge from the fruit to complete its life cycle. VeA was thus the only member of the velvet complex that regulates the release of the fungus through the formation of coremia. We thereafter performed transcriptomic analysis on the Pe∆velB, Pe∆laeA, and Pe∆veA mutant strains. Independently, each of these global transcription factors showed its involvement in the regulation of the expression of genes involved in secondary metabolite biosynthesis, conidiation, nitrate assimilation, biosynthesis of ergosterol and siderophores. A second objective of the thesis was to determine the interactions between the three members of the velvet complex. In order to control the production of secondary metabolites by filamentous fungi, an understanding of the overall regulatory processes is essential. Our results indicate that the three components act concomitantly in regulating the production of several secondary metabolites such as patulin, citrinin and chaetoglobosin A, which are positively regulated by VelB, LaeA and VeA, as well as in various developmental processes. However, some genes involved in conidiation or secondary metabolite biosynthesis are regulated differently by members of this complex.Penicillium expansum, l’agent causal de la maladie de pourriture bleue dans les pommes, est l’un des champignons filamenteux les plus étudiés du genre Penicillium. Ce champignon phytopathogène peut infester de nombreux fruits pendant la récolte et tout au long de la période de stockage en produisant principalement la patuline. Cependant, la patuline n'est pas la seule mycotoxine produite par P. expansum, puisque ce dernier produit une grande variété de métabolites secondaires tels que la citrinine et la chaétoglobosine A. Chez les champignons filamenteux, les gènes codant pour les protéines impliquées dans le métabolisme secondaire sont organisés en clusters. Le métabolisme secondaire est régulé par des facteurs de transcription spécifiques ou globaux. Les facteurs de transcription spécifiques sont codés par des gènes qui sont situés dans le cluster de gènes biosynthétiques et qui agissent directement sur tous les autres gènes situés dans ce même cluster. Ces facteurs de transcription spécifiques sont contrôlés par des facteurs de transcription globaux, codés par des gènes situés en dehors du cluster biosynthétique et qui sont affectés par des stimuli environnementaux. Le complexe velvet, dépendant de la lumière, et impliquant trois facteurs de transcription globaux : VelB, LaeA et VeA, joue un rôle important dans la régulation du développement, de la sporulation, de la pathogénicité et du métabolisme secondaire chez de nombreuses espèces fongiques. La caractérisation du rôle de VelB, LaeA et VeA dans la régulation du métabolisme secondaire ainsi que de plusieurs processus physiologiques est essentielle pour comprendre le comportement de ce champignon microscopique. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse a consisté à investiguer l'implication de ces trois facteurs de transcription dans le développement fongique et le métabolisme secondaire chez P. expansum. Pour cela, nous avons réalisé une évaluation de la croissance in vivo et le comportement des trois souches mutantes, PeΔvelB, PeΔlaeA, et PeΔveA, a été comparé à celui de la souche sauvage sur des pommes Golden Delicious. Les trois souches ont été capables de coloniser les pommes, mais à une vitesse inférieure à celle de la souche sauvage. Cependant, la souche PeΔveA a été la seule souche incapable de percer la paroi des pommes et de sortir du fruit pour compléter son cycle de vie. Cela montre que VeA est le seul membre du complexe velvet qui régule la libération du champignon à travers la formation de corémies. Nous avons ensuite réalisé une analyse transcriptomique des trois souches mutantes. Indépendamment, chacun de ces facteurs de transcription globaux a montré son implication dans la régulation de l'expression de gènes impliqués dans la biosynthèse de métabolites secondaires, la conidiation, l'assimilation du nitrate, la biosynthèse de l'ergostérol et des sidérophores. Un second objectif de la thèse était de déterminer les interactions existantes entre ces trois membres du complexe velvet et quels étaient les gènes, les fonctions régulées directement ou indirectement par le complexe velvet. Afin de contrôler la production de métabolites secondaires par les champignons filamenteux, la compréhension des processus de régulation globale est essentielle. Les résultats indiquent que le complexe velvet est impliqué dans la régulation de la production de plusieurs métabolites secondaires tels que la patuline, la citrinine et la chaétoglobosine A, qui sont régulées positivement par VelB, LaeA et VeA ainsi que dans celle de divers processus de développement. Cependant, certains gènes impliqués dans la conidiation ou la biosynthèse de métabolites secondaires peuvent être régulés différemment par les membres de ce complexe