Ainsi, les champignons des sols forestiers détiennent la clé de la santé des arbres et du stockage du carbone, compétences qui revêtent une importance croissante à mesure que le climat se réchauffe. Cependant, ce sont des interactions compliquées à démêler. Les champignons travaillent en coopération pour soutenir une forêt, et les espèces varient selon les écosystèmes de la Terre.

Récemment, dans des travaux publiés dans New Phytologist , les chercheurs ont été pionniers dans la compréhension des champignons qui assument certaines fonctions dans le sol forestier. Pour la première fois, ils ont comparé trois guildes fongiques différentes dans différents endroits. Ils ont échantillonné les sols de quatre écosystèmes forestiers, extrait l'ARN pour comprendre l'expression des gènes et développé de nouveaux outils pour cartographier l'ARN du sol avec les génomes fongiques.

Le Joint Genome Institute (JGI) du Département américain de l'énergie (DOE), une installation du Bureau des sciences du DOE située au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), a séquencé 1 000 milliards de bases (une térabase) d'ARN du sol pour ce projet et a produit le génomes de référence qui ont permis de cartographier ces lectures d’ARN. "Actuellement, il s'agit du plus grand métatranscriptome fongique séquencé par JGI à ce jour", a déclaré Igor Grigoriev, responsable du programme de génomique fongique au JGI.

Parallèlement à une meilleure compréhension de plusieurs systèmes forestiers, ce travail met en place des protocoles et des pipelines que d'autres équipes peuvent utiliser dans le monde entier.

Ces outils permettent aux chercheurs d’accéder à beaucoup plus d’informations sur les champignons présents dans ces environnements. « Maintenant, avec ces nouveaux outils – métatranscriptomique, séquençage de l'ARN du sol – nous pouvons accéder à – « Que font-ils ? » Comment interagissent-ils ?'", a déclaré l'auteur principal Francis Martin, directeur de recherche émérite à l'Institut national de recherche sur l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE).

Une similarité remarquable malgré une grande diversité

Pour cette étude, les chercheurs ont collecté des échantillons de sol sur quatre sites :Aspurz, Espagne ; Champenoux, France; Lamborn, Suède ; Montmorency, Canada. Ces sites représentent respectivement les forêts méditerranéennes, tempérées et boréales.

De nombreux champignons différents apparaissent dans les échantillons de sol de ces biomes variés ; les forêts ne partagent qu'environ 20 % de leurs espèces fongiques. Pour effectuer des comparaisons utiles, les chercheurs ont dû travailler en dehors de la taxonomie. "Et nous avons trouvé la méthode en nous concentrant sur la comparaison des niveaux d'expression entre les guildes trophiques fongiques", a déclaré Lucas Auer, ingénieur de recherche à l'INRAE ​​et l'un des premiers auteurs de ces travaux.

Pour comparer ces guildes trophiques, cette équipe s’est concentrée sur trois groupes principaux de champignons apparaissant dans toutes les forêts échantillonnées. Ces guildes sont communes aux forêts du monde entier, ainsi qu'aux prairies et pâturages :les saprotrophes démontent les débris et les organismes morts pour libérer leurs nutriments; les symbiotes mycorhiziens transportent l'eau et les nutriments vers les arbres; les agents pathogènes des plantes colonisent les plantes vivantes pour s'en nourrir.

Dans tous les types de forêts, Martin et son équipe ont passé au peigne fin des échantillons de sol pour voir quels gènes ces trois guildes fongiques utilisaient pour croître et métaboliser les nutriments. Ils ont séquencé tout l'ARN trouvé dans des échantillons de sol et assemblé ces transcrits d'ARN dans un métatranscriptome.

Dans l’ensemble, ils ont constaté que malgré la grande diversité des espèces, chaque guilde remplissait des fonctions remarquablement similaires dans différentes forêts. Le métabolisme primaire, l'activité cellulaire et le développement fongique se ressemblaient beaucoup pour chaque guilde de saprotrophes, de symbiotes mycorhiziens et d'agents pathogènes, que l'échantillon provienne du sol situé sous un pin ou un chêne, en Suède ou au Québec.

D’un point de vue écologique, Martin suggère que cette redondance est protectrice, un peu comme la diversification d’un portefeuille d’investissement. Si un stress tel qu'un incendie de forêt ou une sécheresse menace certaines espèces fongiques, d'autres champignons rempliront les fonctionnalités nécessaires.

Ce travail montre également un nouveau chevauchement entre les fonctions des différentes guildes fongiques. Les saprotrophes et les symbiotes mycorhiziens ont été historiquement divisés en niches écologiques distinctes :respectivement recycleurs et transporteurs. Cependant, l'équipe de Martin a découvert que les deux guildes expriment des gènes similaires pour la dégradation des parois cellulaires fongiques, ce qu'on appelle la nécromasse fongique, ce qui suggère que ces guildes partagent la responsabilité du recyclage des matières fongiques mortes.

Les génomes de référence qui ont ouvert la voie

Ce projet découle d'une proposition de programme scientifique communautaire que Martin a soumise en 2012. À cette époque, le domaine avait étudié de nombreuses communautés différentes du sol pour la diversité taxonomique. Ces études pouvaient identifier les populations, mais elles disaient peu de choses sur quelles espèces faisaient quoi.

Pour comprendre comment les communautés fongiques partageaient leurs tâches, Martin et son équipe ont choisi de profiler l'ARN, pour avoir une idée de l'expression des gènes fongiques. Ils auraient besoin des génomes fongiques existants pour cartographier l’expression des gènes en fonction des fonctions et des espèces fongiques. Au départ, selon Martin, cartographier les séquences d’ARN de cette manière était un défi. "Il y a douze ans, lorsque nous avons cartographié le premier ARN séquencé du sol, seulement 10 % d'entre eux correspondaient aux génomes fongiques du JGI", a déclaré Martin.

Un effort appelé projet 1000 Fungal Genomes a changé la donne. Il s'agit d'un projet pluriannuel en collaboration avec le JGI visant à séquencer 1 000 génomes de référence provenant de l'arbre de vie fongique. Martin est l'un des responsables du projet. Après avoir commencé avec environ 200 génomes fongiques, en quelques années seulement, a-t-il déclaré, le projet 1000 Fungal Genomes, ainsi que d'autres projets CSP, ont séquencé plus de 2 000 génomes fongiques.

Le JGI a séquencé, assemblé et annoté ces génomes en collaboration avec des dizaines de partenaires. "Il s'agissait d'un formidable effort communautaire, avec plus de 100 chercheurs qui ont désigné des espèces pour le séquençage et ont ensuite envoyé des échantillons d'ADN et d'ARN au JGI", a déclaré Grigoriev. Tous ces génomes sont disponibles sur MycoCosm.

Si au départ, la tâche de cartographier l’ARN fongique en séquences était un chemin un peu cahoteux et sinueux, ce nouvel afflux de génomes a ouvert une autoroute pour le même itinéraire. "C'était vraiment étonnant de voir à quel point la qualité des données s'est améliorée grâce à cette quantité massive de nouveaux génomes", a déclaré Martin.

Le projet 1000 Fungal Genomes va de l’avant, pour permettre davantage d’études comme celle-ci. Martin affirme qu'encore plus de génomes se traduiront par encore plus de compréhension, alors que d'autres chercheurs analysent l'ARN des communautés du sol partout en Amérique du Sud, en Chine, en Europe et aux États-Unis.

"Dans les prochaines années, je pense que nous aurons une sorte de carte mondiale de la diversité fongique, mais il nous manque encore des fonctions", a déclaré Martin. "Ainsi, grâce au type de programme que nous avons développé avec le JGI, nous disposons des outils nécessaires pour réellement obtenir des informations sur les fonctions de cette communauté fongique, des pôles jusqu'aux tropiques."