…Bases moléculaires de la voie de biosynthèse de la patuline, mycotoxine produite par Byssochlamys nivea et Penicillium griseofulvum… …………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………. …………………………………………………….…………………………

Jean Paul Roustan

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• mémoire

N° d'ordre :……………… THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : …SEVAB…………………………………………………….. Spécialité : …Microbiologie et Biocatalyse industrielles…………………… Par M…PUEL Olivier……………………………………………………………… Titre de la thèse …Bases moléculaires de la voie de biosynthèse de la patuline, mycotoxine produite par Byssochlamys nivea et Penicillium griseofulvum… …………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………. …………………………………………………….………………………… Soutenue le …9 Janvier 2007 devant le jury composé de : M. Le Professeur. Jean Paul Roustan Président M. Le Professeur Ahmed Lebrihi. Directeur de thèse M. Le Professeur Patrick Boiron Rapporteur M ; Dr Christian Barreau Rapporteur M. Dr Marcel Delaforge Membre M Dr Pierre Galtier Membre

• synthèse de la patuline


• transformation de l'isoépoxydon en phyllostine


• source de contamination des pommes par la patuline dans les filières de transformation


• active efflux


• caractérisation chimique de la voie de biosynthèse de la patuline


• abc transporteur

Sujets

• Mémoire
• Roustan
• Syria
• Membre
• Boiron
• Galtier
• Oswald

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 117
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

N° d’ordre :………………







THESE


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : …SEVAB……………………………………………………..

Spécialité : …Microbiologie et Biocatalyse industrielles……………………


Par M…PUEL Olivier………………………………………………………………



Titre de la thèse …Bases moléculaires de la voie de biosynthèse de la patuline,
mycotoxine produite par Byssochlamys nivea et Penicillium
griseofulvum…
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………. ………………………………………….…………………………


Soutenue le …9 Janvier 2007 devant le jury composé de :


M. Le Professeur. Jean Paul Roustan Président
Le Professeur Ahmed Lebrihi. Directeur de thèse
M. Le Professeur Patrick Boiron Rapporteur
M ; Dr Christian Barreau
M. Dr Marcel Delaforge Membre
M Dr Pierre Galtier Membre TITRE : Bases moléculaires de la voie de biosynthèse de la patuline, mycotoxine produite par
Byssochlamys nivea et Penicillium griseofulvum


RESUME :

La patuline constitue un contaminant chimique toxique fréquemment rencontré dans les produits
issus de la transformation des fruits, notamment des pommes. Cette toxine essentiellement produite
par Penicillium expansum et Byssochlamys nivea fait l’objet d’une réglementation européenne
récente (N°1425/2003). Contrairement à certaines mycotoxines règlementées telles que les
aflatoxines, les trichothécènes ou les fumonisines, la génétique de la voie de biosynthèse de la
patuline est fort mal connue, bien que cette voie ait été relativement bien caractérisée du point de
vue chimique.
Deux espèces toxinogènes, Byssochlamys nivea et Penicillium griseofulvum ont été étudiées en tant
qu’espèces modèles. Trois gènes impliqués dans la synthèse de la patuline ont été isolés de B. nivea,
et entièrement séquencés lors de ce travail. Le premier gène 6msas isolé code pour une polycétide
synthase, l’acide 6-methylsalicylique synthase, intervenant au début de la cascade enzymatique
conduisant à la synthèse de la patuline. Le deuxième gène idh coderait pour une alcool
déshydrogénase impliquée dans la transformation de l’isoépoxydon en phyllostine, deux autres
précurseurs de la patuline. En amont de ce dernier gène, sur le brin complémentaire, un gène abc
codant pour un transporteur actif de la famille des ABC transporteurs a été localisé, isolé et
entièrement séquencé chez Penicillium griseofulvum, puis chez B. nivea et P. expansum. La
présence d’un tel gène ne semble pas aberrante puisqu’il a été montré que certains transporteurs
actifs faisaient partie de l’arsenal de résistance développé par les champignons pour ne pas subir les
effets délétères des toxines qu’ils synthétisent.
D’après les données brutes du séquençage du génome d’Aspergillus clavatus, autre espèce de
patuline, le complexe génique abc/idh serait distant de 10 kb du gène 6msas. L’analyse de la région
avoisinant ces gènes dévoile l’existence chez A. clavatus d’un cluster de gènes constitué d’au moins
12 gènes en comptant les trois gènes préalablement identifiés, potentiellement impliqués dans la
synthèse de la mycotoxine. Parmi ces gènes, plusieurs codent pour des enzymes dont l’implication
semble évidente au regard des données actuellement disponibles sur la caractérisation chimique de
la voie de biosynthèse de la patuline.
Du point de vue application, ces travaux ont d’ores et déjà apportés des réponses concrètes à des
problèmes industriels. Une étude réalisée sur un panel relativement divers de souches d’origine
géographique différente de Byssochlamys nivea et Byssochlamys fulva, conclut à la non-production
de patuline par B. fulva sur des bases analytiques et génétiques. Cette absence de production est due
à l’absence d’au moins deux gènes, 6msas et idh. B fulva fréquemment isolé des fruits ne représente
donc pas une source de contamination des pommes par la patuline dans les filières de
transformation. Penicillium expansum et Byssochlamys nivea sont donc considérés comme les
principales sources de contamination des pommes par la patuline.

MOTS CLES : Mycotoxines, patuline, acide mycophenolique, Byssochlamys nivea, Byssochlamys
fulva, Penicillium griseofulvum, Penicillium expansum, Acide 6-methylsalicylique synthase,
isoépoxydon déshydrogénase, ABC transporteur







Molecular bases of patulin biosynthesis pathways in Byssochlamys nivea and Penicillium
griseofulvum.

Summary

Patulin is toxic chemical contaminant produced by several species of mould (Penicillium
griseofulvum, P.expansum, Byssochlamys nivea, Aspergillus clavatus…). Exposure to this
mycotoxin is associated with immunological, neurological and gastrointestinal outcomes.
Assessment of the health risks due to patulin consumption by humans lead many countries to
regulate its amounts in food. In Europe, a maximum level has been established of 50 µg per kg for
apple juice, cider and a maximum level of 10 µg/kg for all dietary products intended for infants and
young children.
Unlike other regulated mycotoxins (aflatoxins, trichothecens and fumonisines), the knowledge
regarding the patulin biosynthesis is so far limited to the chemical characterization of patulin
precursors and to the identification of two relevant genes from Penicillium griseofulvum (6-
methylsalicylic acid synthase (6msas) and isoepoxydon dehydrogenase (idh).
Two toxinogenic species Byssochlamys nivea and Penicillium griseofulvum have been studied in
this work. Three genes (6msas, idh and abc) that belong to the patulin biosynthetic pathway were
isolated, and wholly sequenced in B. nivea. These genes are coding respectively for 6-
methylsalicylic acid synthase, the first enzyme involved in patulin biosynthesis, isoepoxydon
dehydrogenase which allowed the isoepoxydon transformation in phyllostin and an ABC (ATP
Binding Cassette) transporter. This latest gene is located on the anti-sense strand, upstream of the
idh gene, and it has been isolated also from Penicillium griseofulvum and Penicillium expansum.
This transporter could be responsible for the active efflux of endogenously produced patulin and
contribute to self protection against patulin in producing fungi.
After comparison with data from the Aspergillus clavatus genome sequencing program performed
by TIGR (The Institute for Genomic Research), we noticed that the abc/idh genes complex and
6msas gene are 10 kb away from each other. We performed a bioinformatic analysis of the regions
located upstream and downstream of this 10 kb size fragment, and established the presence of 9
additional genes. Their potential involvement in the synthesis of the toxin has been discussed.
Finally, this fundamental work could answer to industrial problems. A study performed on 19
different strains of B. nivea and B. fulva showed that Byssochlamys fulva don’t produce patulin and
that its inability to do so could be explained by the lack of both 6msas and idh genes. In conclusion,
B. fulva clearly lacks several biochemical potencies to be responsible for the occurrence of patulin
in fruits.



Keywords: Mycotoxins, patulin, mycophenolic acid, Byssochlamys nivea, Byssochlamys fulva,
Penicillium griseofulvum, Penicillium expansum,6-methylsalicylic acid synthase, isoepoxydon
dehydrogenase, ABC transporter


























A Sylvie
Guillaume
Antoine…




… mieux vaut tard que jamais



























Remerciements


Le travail présenté dans cette thèse de doctorat a été effectué au sein du laboratoire de
pharmacologie-toxicologie de l’INRA de Toulouse.
Ce mémoire n’aurait pu voir le jour sans la participation laborieuse, le soutien, la bienveillance
ou tout simplement la présence de nombreuses personnes. Je vais donc m’essayer à trouver les
mots justes pour exprimer spécifiquement ma reconnaissance à tous ceux qui ont contribué de
près ou de loin à ce travail.

Je tiens avant tout à exprimer ma sincère gratitude à Madame Souria Tadrist, ma fidèle Souria
qui, pendant quatre an