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Aug 07, 2023

Les lichens orange vif peuvent utiliser leurs pigments comme "écran solaire"

Les champignons des lichens orangés peuvent éviter les effets toxiques des pigments brillants, permettant

Les champignons des lichens orange peuvent éviter les effets toxiques des pigments brillants, leur permettant de supporter des charges UV élevées.

Les lichens sont de curieux organismes ressemblant à des plantes qui se composent d'une espèce de champignon et d'au moins une algue ou cyanobactérie vivant dans une relation symbiotique. Une famille de lichens, connue sous le nom de Teloschistaceae, est souvent de couleur orange vif - un trait rare par rapport aux espèces étroitement apparentées. Les pigments responsables de la teinte intense ont souvent des effets toxiques sur l'organisme lui-même, amenant les scientifiques à se demander comment il se protégeait tout en synthétisant sa coloration orange.

Des recherches ont montré que les champignons présents dans les lichens orangés sont capables d'éviter les effets toxiques des pigments brillants en les transportant hors de leurs cellules, créant ainsi un « effet de protection solaire ». Une nouvelle étude métagénomique publiée par des chercheurs de l'Imperial College de Londres et des Royal Botanic Gardens, Kew révèle maintenant comment les lichens peuvent utiliser leur teinte orange pour refléter la lumière du soleil, tout en évitant leurs effets toxiques.

L'étude, publiée dans Genome Biology and Evolution, révèle que les champignons de cette classe de lichens possèdent un gène responsable du transport des pigments orange hors de la cellule peu de temps après leur création.

L'auteur principal Theo Llewellyn, candidat au doctorat du Département des sciences de la vie de l'Impériale, a déclaré que la découverte inattendue provenait d'une enquête génétique qui a isolé des séquences d'algues et de champignons qui composent les lichens. Les champignons des lichens orange avaient évolué pour gérer les pigments toxiques, dit-il : "Ce qui nous a vraiment enthousiasmés et surpris, c'est que nous avons vu que juste à côté du gène responsable de la fabrication de ces pigments, il y a un deuxième gène, qui est spécialisé pour pouvoir transporter ce pigment et le faire sortir de la cellule."

Ces gènes transporteurs ont permis aux champignons de se débarrasser du pigment avant qu'il ne puisse s'accumuler et devenir toxique, expliquent les chercheurs. Le gène transporteur n'a pas été trouvé dans les lignées/groupes de lichens non oranges.

L'étude a été conçue, dirigée et en partie financée par un projet RBG Kew. Le Dr Ester Gaya, responsable de recherche senior en mycologie au RBG Kew et experte en Teloschistaceae, se dit satisfaite des découvertes du groupe. Elle dit : "Nous avions travaillé pendant des années dans ce groupe de lichens, et après avoir dévoilé qu'un rayonnement adaptatif dans les habitats arides avait été médié par ces pigments orange, je me suis toujours demandé pourquoi. Pourquoi ont-ils évolué pour produire de tels pigments toxiques qui pourraient tuer eux-mêmes?"

Les pigments responsables de la coloration des lichens d'un jaune doré à un rouge cramoisi sont appelés « anthraquinones », qui ont également des propriétés anti-UV.

Le Dr Tom Prescott, chercheur sur les produits naturels de RBG Kew, qui est également co-auteur de l'étude, est d'accord, ajoutant que "les anthraquinones sont depuis longtemps reconnues comme étant assez toxiques, y compris pour les champignons, donc la façon dont elles les fabriquent a toujours été un mystère". composés sans s'empoisonner." Cette étude permet d'expliquer cela.

"Ces pigments qu'ils produisent sont insolubles dans l'eau", explique Llewellyn, "une fois que le lichen les produit, ils commencent à cristalliser et forment une couche au-dessus du lichen."

Cela permet au lichen de réfléchir les UV et la lumière bleue visible. Les scientifiques disent que, même s'il n'est toujours pas clair quels organismes du lichen bénéficient le plus de cet effet de protection solaire, ils supposent que les champignons et les algues sont protégés. Les algues utilisent la lumière du soleil pour photosynthétiser et produire des sucres pour le système lichen, mais une trop grande quantité peut être nocive car elle peut endommager l'ADN.

L'épaisse couche de cristaux peut refléter les rayonnements nocifs tout en laissant passer une partie du rayonnement solaire pour la photosynthèse.

Le co-auteur, le professeur Timothy Barraclough, professeur au Département de biologie de l'Université d'Oxford et professeur invité au Département des sciences de la vie de l'Impérial, déclare que la compréhension de ces mécanismes peut aider à faire la lumière sur la façon dont ces lichens orange peuvent se comporter dans habitats différents.

"Ce groupe particulier a été particulièrement réussi et s'est propagé dans des habitats difficiles avec des charges UV élevées", explique le professeur Barraclough - soulignant que la famille contient plus de 1000 espèces et peut être trouvée dans des pays comme l'Afrique du Sud, la Namibie et l'Australie.

Le professeur Barraclough souligne la structure unique des lichens qui les rend difficiles à étudier : "Ce sont des formes de vie répandues mais légèrement inhabituelles qui sont constituées d'une collaboration entre des champignons et des algues, et peut-être de nombreux autres partenaires. En présence de tous de ces partenaires, il est très compliqué d'extraire des informations sur les gènes."

L'étude métagénomique que le groupe a produite a séquencé de petits fragments d'ADN du lichen et l'a cartographié dans des bases de données d'organismes connus. En analysant quelles séquences d'ADN ressemblaient le plus à celles trouvées dans les champignons et les algues, les chercheurs ont pu identifier quelles séquences appartenaient à chaque partenaire.

Llewellyn dit que la prochaine étape de la recherche tentera d'étudier les autres qualités des anthraquinones, telles que leurs propriétés antimicrobiennes potentielles qui permettent aux lichens de surpasser les autres champignons et microbes.

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Llewellyn, T., Nowell, RW, Aptroot, A., Temina, M., Prescott, TAK, Barraclough, TG, Gaya, E., 2023. La métagénomique met en lumière l'évolution du métabolisme des pigments "écran solaire" dans les Teloschistales ( ascomycota formant des lichens). Biologie et évolution du génome, 15(2), DOI : 10.1093/gbe/evad002