Biology of Fungi PDF

CHAPITRE II : BIOLOGIE DES CHAMPIGNONS WILLIAM DIATTA MAÎTRE DE CONFÉRENCES AGRÉGÉ BOTANIQUE ET CRYPTOGAMIE / UCAD - FMPO I. MODE DE VIE ET NUTRITION Exploitation de l’environnement immédiat en absorbant les matières organiques de 3 façons différentes : 1. Les champignons saprophytes : Certains c...

CHAPITRE II : BIOLOGIE DES CHAMPIGNONS WILLIAM DIATTA MAÎTRE DE CONFÉRENCES AGRÉGÉ BOTANIQUE ET CRYPTOGAMIE / UCAD - FMPO I. MODE DE VIE ET NUTRITION Exploitation de l’environnement immédiat en absorbant les matières organiques de 3 façons différentes : 1. Les champignons saprophytes : Certains champignons se nourrissent de matières organiques mortes ; ce sont des détritivores qui dégradent des substrats variés (feuilles mortes, débris végétaux ou animaux, excréments). Ils participent à l’élaboration de l’humus et des sols. Champignons saprophytes MODE DE VIE ET NUTRITION Avec quelques bactéries, ils sont les seuls organismes capables de décomposer la lignine et la cellulose. Ils jouent un rôle important de nettoyeurs de divers déchets : bois, digestion du pétrole, digestion de plastique …). Ils jouent également un rôle important dans la formation de l'humus à partir des débris Végétaux et Animaux. MODE DE VIE ET NUTRITION 2. Les champignons parasites : Ils s’accroissent aux dépens d’autres cellules vivantes. Ils causent des dégâts considérables aux plantes, aux animaux ou à d’autres champignons. Ils puisent, à l’aide de suçoirs, les substances nécessaires à leur croissance directement dans des tissus de l’hôte et provoquent des maladies. MODE DE VIE ET NUTRITION On distingue deux groupes de parasites : - Les parasites obligatoires vivent en parasites jamais en saprophytes ; - Les parasites facultatifs peuvent vivre soit en parasites, soit en saprophytes ( genre Candida ). Ex. : Le muguet Exemples de Dermatose Exemples de Dermatose Exemples de maladies de plantes Oidium de vigne (Erysiphe nectar) Anthracnose pl. espèces Ergot de seigle (Claviceps purpurea) Ex. : Mildiou de pomme de terre Exemples de maladies de plantes causées par les Basidiomycètes Rouille de blé (Puccinia sp.) Charbon de maïs (Ustilago sp. Carie des céréales genre Tilletia MODE DE VIE ET NUTRITION 3. Les champignons symbiotiques : D’autres champignons préfèrent la symbiose ou le mutualisme, association avec un organisme autotrophe où chacun des deux tire profit de cette association. La symbiose crée parfois des êtres nouveaux : cas des lichens (association algue-champignon) et des mycorhizes (association racine – champignon). MODE DE VIE ET NUTRITION Dans la mycorhize, le champignon apporte les minéraux et la plante apporte les éléments organiques qu’elle synthétise. Plus de 95% des végétaux vasculaires possèdent des mycorhizes. MODE DE VIE ET NUTRITION Concernant leur mode de nutrition, les champignons se nourrissent par absorption. Ils dégradent la matière organique à l’extérieur de leurs cellules, grâce à leurs enzymes lytiques. La matière dégradée, en ses composantes unitaires, est ensuite absorbée pour être utilisée par la cellule fongique. II. LA REPRODUCTION La reproduction se fait selon un mode asexué, mais aussi sexué dans certaines conditions. LA REPRODUCTION 1 : Reproduction asexuée : Lorsque les conditions de milieu sont favorables, les champignons se reproduisent en majorité de façon asexuée. Elle peut être assurée par plusieurs mécanismes : fragmentation mécanique, bourgeonnement ou par production de spores asexuées (dites spores indirectes). Elles permettent la dispersion (dissémination) en période favorable. Fragmentation mécanique Le thalle végétatif se fragmente et les articles libérés, contenant les noyaux, jouent le rôle de spores. Ils se dispersent et peuvent se fixer sur un substrat favorable. Bourgeonnement (Blastospore) Apparition d’un bourgeon à un pôle de la cellule (levure) qui devient une nouvelle cellule. Les spores endogènes (ou endospores) Les spores se différencient par simples mitoses, à l’intérieur d’organes de reproduction clos appelés sporocystes. Ce sont des endospores, elles peuvent être nombreuses dans un sporocyste, mais toujours en nombre limité. endospores Mitoses columelle Cellule mère sporocyste Sporocyste de G. Mucor Les spores endogènes (ou endospores) Les endospores peuvent être : - Immobiles (= aplanospores) chez les Zygomycètes - Mobiles par des flagelles chez les formes aquatiques (planospores = zoospores) Zoospore Chytridiomycètes Les spores exogènes (ou conidiospores) Formées d’une manière continue par bourgeonnements successifs au sommet d’une phialide. Ce sont des exospores et leur production est pratiquement illimitée. Conidiospores Phialides Conidiophore Conidiospores = exospores exospores phialides conidiophore Spores exogènes chez le genre Penicillium TYPES DE SPORES LA REPRODUCTION 2 : Reproduction sexuée : • L'union de deux cellules mâle et femelle donne naissance à un œuf = zygote. • La reproduction sexuée met en jeu deux phénomènes différents : la fécondation et la méiose. • La formation des noyaux de ces spores sexuées est basée sur la succession de trois événements : plasmogamie, caryogamie et méiose. Etapes de la reproduction sexuée La plasmogamie : fusion de cellules ou d’articles spécialisés avec mise en commun des cytoplasmes. La caryogamie : fusion de deux noyaux haploïdes pour former un zygote diploïde. La méiose : c’est ce dernier processus qui permet le brassage des gènes, la ségrégation des caractères parentaux et le retour à l’haploïdie. Phase dicaryotique = cellule a deux noyaux mâle et femelle. Phase mictohaploïde = les noyaux mâles et femelles se multiplient indépendamment. LA REPRODUCTION N.B. : Dans la plupart des cas, la plasmogamie et la caryogamie sont simultanées. Cependant chez les champignons Ascomycètes et Basidiomycètes, la fusion des cytoplasmes n’est pas immédiatement suivie de celle des noyaux. Les différentes modalités de fécondation Oogamie siphonogame Cystogamie Fusion de deux gamétocystes en un zygote qui devient une zygospore. Zygospore Trichogamie Le gamétocyste femelle est muni d’un poil ou trichogyne chargé de capter le noyau mâle immobile Les étapes de la fécondation Plasmogamie - caryogamie Oeuf=zygote (2n) X gamète femelle (n) gamète mâle (n) Plasmogamie fusion des cytoplasmes Ascomycètes Chez les Champignons Caryogamie fusion des noyaux mitoses Phase mictohaploïde mitoses Basidiomycètes Phase dicaryotique La somatogamie = Perritogamie Perittogamie Deux cellules de deux types de mycélium primaire fusionnent pour donner un mycélium secondaire dicaryotique LA REPRODUCTION Dans leur grande majorité, les champignons sont aériens. Ils ont une fécondation sans émission de gamètes libres (cystogamie). En marge de la reproduction sexuée, ils ont une multiplication asexuée par production de nombreuses spores aériennes. Ils utilisent différentes structures reproductrices : LA REPRODUCTION Asques : cellules reproductrices caractéristiques des Ascomycètes à l’intérieur desquelles se forment en général 8 spores (ascospores, endospores). LA REPRODUCTION Différents types d’ascocarpes chez les Ascomycètes Cleistothèce Périthèce Apothécie Phénomène de Dangeardie Phénomène aboutissant à la formation de l’asque 1. Formation du crochet 2. Migration d’un des noyaux 3. Mitose synchronisée Formation du crochet et Division du noyau par mitose 4. Croissance de la cellule apicale LA REPRODUCTION Basides : cellules spécialisées et terminées par un nombre variable de pointes (stérigmates) portant chacune une spore (basidiospores). Spores : structures de résistance permettant la dissémination rapide des champignons. Elles peuvent être mitotiques ou méiotiques. Les zygotes issus de la reproduction sexuée peuvent se transformer en spores méiotiques (ascospores, basidiospores, zygospores). Formation des basidiospores dans le carpophore Carpophore formé d’un amas d’hyphes dont les extrémités forment des basides. Ces hyphes sont formées de cellules dicaryotiques. Formation des basidiospores Hétérobaside Holobaside Les spores sexuées sont formées en nombre limité Ascospores (8 spores) Basidiospores (4 spores) Zygospore (1spore) LA REPRODUCTION 3. Cycles biologiques : Tous les types de cycles biologiques existent chez les champignons : • cycle monogénétique (1 génération) • cycle digénétique (2 générations différentes) • cycle trigénétique (3 générations différentes). LA REPRODUCTION N.B. : Génération : C’est un stade de développement qui commence par la germination de cellules reproductrices (spores ou zygote) et qui se termine par la libération de cellules reproductrices (spores ou gamètes) HOMOTHALLISME THALLE Gamète mâle Gamète femelle Fécondation (F) HOMOTHALLISME : Fécondation entre gamètes issus d’un même thalle HETEROTHALLISME THALLE (A) THALLE (a) Gamète mâle (A) Gamète femelle (A) Gamète mâle (a) Gamète femelle (a) F F HETEROTHALLISME : fécondation entre gamètes issus de thalles différents III. HABITAT DES CHAMPIGNONS Ils vivent pratiquement dans tous les milieux et fructifient en toute saison. La croissance d'une espèce est dépendante des conditions du milieu : humidité, température, nature du sol, environnement végétal. HABITAT DES CHAMPIGNONS Les sols des forêts, particulièrement riches en substances organiques, contiennent beaucoup de mycélium de macromycètes, dont les carpophores se forment, en surface, surtout l’automne. Carpophore Sol des forêts Armillari ostoyœ Diamètre de 5,5 km Il s’étale sur plusieurs hectares des montagnes bleues de l’orégon des états unis Litière de forêt Feuille morte recouverte par le mycélium d’un champignon L’humus L’humus est le résultat de la décomposition de la matière organique (animale ou végétale) essentiellement par l'action combinée des champignons, des bactéries et des vers de terre. Les sols de cultures possèdent de nombreux Il existe certains champignons adaptés à champignons saprophytes et parasites la vie aquatique, tel que Saprolegnia qui parasite des poissons IV. INTERET DES CHAMPIGNONS Intérêt économique et médical : Alimentation humaine ; Fermentation alcoolique et du pain; Affinage (maturation) des fromages. Sous forme d’additifs et d’enzymes . Production de composés à usage médical (antibiotiques, fongicides, insecticides, enzymes…) INTERET DES CHAMPIGNONS Dans l'agroalimentaire: Préparations culinaires Les carpophores de certaines espèces comestibles peuvent provenir de la cueillette des champignons sauvages en automne et au printemps ou des cultures. INTERET DES CHAMPIGNONS Dans le fabrication du pain La fermentation éthanolique est utilisée en panification pour la levée de la pâte grâce au dioxyde de carbone. L'éthanol s'évapore à la cuisson. C6H12O6 Glucose 2C2H5OH + 2CO2 Ethanol INTERET DES CHAMPIGNONS Dans la fabrication du vin, de la bière… La synthèse de l'éthanol biologique est essentiellement le fruit de l'action des levures (Sacharomyces). Les vins de grande qualité subissent l'action successive de plusieurs levures provenant de l'environnement de vinification (grain de raisin, matériel utilisé, cave…) INTERET DES CHAMPIGNONS Affinage des fromages P. camembertii qui constitue la croûte du camembert. Ce sont les enzymes produites par le champignon qui diffusant dans la masse du fromage, transforment la caséine sèche et blanche en une pâte onctueuse de couleur crème. CAMEMBERT INTERET DES CHAMPIGNONS P. roquefortii des fromages bleus qui grâce à des enzymes protéolytiques et lipolytiques modifie considérablement le goût du fromage originel. Il est ajouté au départ et l'aération du fromage. INTERET DES CHAMPIGNONS Dans la fabrication des additifs Les additifs peuvent être chimiques mais sont souvent apportés par des champignons tels les acides organiques comme l'acide citrique (Aspergillus niger, P. citrinum) INTERET DES CHAMPIGNONS Sur le plan médical Production des antibiotiques, des antifongiques, d’enzymes… : - pénicilline (Penicillium notatum) - les céphalosporines (antibactériens); - la griséofulvine (antifongique) … La cyclosporine (Tolypocladium inflatum) médicament qui s'oppose aux réactions de rejet d'organes transplantés. INTERET DES CHAMPIGNONS Des champignons de grande taille, qui ne sont pas comestibles, produisent également des substances utilisées dans l’industrie pharmaceutique. INTERET DES CHAMPIGNONS Dans le domaine industriel Production d’enzymes, exemple les amylases qui permettent la digestion et la transformation l’amidon en dextrines (exp. Alimentation des enfants) ou en fructose (boissons sucrées et confiseries). D’autres sécrètent des acides (acides citrique, glucuroniqe, gallique, fumarique…) et des vitamines comme l’ergostérol, molécules que l’on peut extraire des restes de levures de fermentation, permet d’obtenir la vitamine D, mais aussi la riboflavine (vit. B2) et la biotine (vit H). VIII. MEFAITS DES CHAMPIGNONS - Les champignons envahissent occasionnellement l’air que nous respirons par l’intermédiaire de leurs spores disséminées par le vent. Ces spores sont responsables de certaines allergies et maladies graves telles que : - L’aspergillose pulmonaire par inhalation des spores des moisissures du genre Aspergillus ; - L’aspergillose hépatique suite à la consommation des graines d’arachides contaminées par l’espèce Aspergillus favus (Malin, 2004) par la sécrétion des aflatoxine. MEFAITS DES CHAMPIGNONS Chez l’homme et les animaux : des mycoses, qui sont dues à l’invasion d’un tissu vivant par un champignon; des allergies, réactions particulières d’un individu à la suite de l’inhalation de spores ou tout contact avec un champignon donné; des intoxications qui résultent soit : MEFAITS DES CHAMPIGNONS - Consommation de champignons vénéneux ; - Ingestion d’aliments sur lesquels se sont développés des moisissures qui diffusent des substances toxiques. toxine Amanite Abricot MEFAITS DES CHAMPIGNONS Chez les plantes Environ 83% des maladies des plantes cultivées sont dues à des champignons ; ceux-ci détruisent chaque année près du quart des récoltes mondiales. Les champignons miroir à deux faces