Penicillium expansum est un contaminant commun des pomaceae (pommes et poires) causant la pourriture bleue. Ce champignon est le principal responsable de la présence de patuline dans les pommes et ses produits dérivés. Actuellement, la voie de biosynthèse de la patuline n’est que partiellement élucidée et le cluster de gènes correspondant n’est décrit que chez Aspergillus clavatus, champignon tellurique incapable de se développer dans les pommes. La caractérisation moléculaire de la voie de biosynthèse de la patuline est la condition sine qua none à toute étude visant à comprendre la régulation de la biosynthèse de la patuline, mais également à toute action permettant de limiter sa synthèse. C’est pourquoi le premier objectif de cette thèse a été de caractériser le cluster de gènes spécifique de la voie de biosynthèse chez Penicillium expansum. Celui-ci est caractérisé par une taille de 40 kb et contient les 15 mêmes gènes qu’Aspergillus clavatus, les seules différences résidant dans l’organisation et l’orientation des gènes. La caractérisation de la seconde étape de la voie de biosynthèse de la patuline a été ensuite entreprise chez Aspergillus clavatus, organisme modèle. Le gène patG code pour l’acide 6-méthylsalicylique décarboxylase responsable de la conversion de l’acide 6-méthylsalicylique en m-crésol. Pour faire suite au premier objectif, la régulation de la voie de biosynthèse de la patuline a été étudiée. Pour cela, une souche mutante pour le facteur de régulation spécifique à la patuline patL a été généré puis la production de patuline ainsi que l’expression des gènes du cluster analysés. Les résultats de cette étude ont montré que le gène patL joue le rôle d’interrupteur au sein du cluster. L’absence de patL conduit à une extinction totale de l’expression des gènes du cluster et à une abscence de production de patuline par Penicillium expansum. Dans cette même étude, des tests de pathogénicité ont été entrepris sur des pommes de différentes variétés démontrant ainsi que la patuline peut être un facteur de virulence facilitant l’infection de certaines variétés de pommes telles que la Golden Delicious ou la Pink Lady. Enfin, l’influence de la lumière a été évaluée en analysant l’impact de différentes longueurs d’ondes sur la croissance et la production de patuline de Penicillium expansum. Que ce soit in-vitro ou in-vivo, la croissance et la production de patuline sont très affectés par les lumières blanche, bleue et rouge. Favoriser le stockage des pommes sous les lumières blanche, bleue ou rouge plutôt qu’à l’obscurité pourrait devenir un moyen de prévention contre la contamination par Penicillium expansum. En conclusion, cette thèse présente un aspect fondamental avec la caractérisation du cluster de gènes chez Penicillium expansum et la caractérisation de la seconde étape de la voie de biosynthèse de la patuline ; mais aussi un aspect appliqué avec l’utilisation des lumières de différentes couleurs comme méthode de prévention contre Penicillium expansum durant le stockage des pommes. / Penicillium expansum is the common contaminant of apples and the causal agent of blue mold rot. This fungus is the main patulin producer in apple based products. Actually, the patulin biosynthesis is partially elucidates and the gene cluster has been elucidated in Aspergillus clavatus, a telluric fungi unable to grow on apples. The molecular characterization of the patulin biosynthetic pathway is the key step for a better understanding of the mechanisms leading to patulin production and will help to define strategies to reduce its presence in apple products. The first objective of this thesis was the characterization of the patulin gene cluster in Penicillium expansum. The latter includes the same 15 genes as in Aspergillus clavatus but in a different order and orientation. Then, the second step of this biosynthetic pathway has been characterized and the patG gene encode for the 6-methylsalicylic decarboxylase involved in the 6- methylsalicylic acid conversion into m-cresol. The second objective consists of the study of the patulin regulation. For that, a patL mutated strain was generated and the patulin production and the patulin gene cluster expression were assessed. The mutation of this gene results in a down-regulation of the rest of the genes in the cluster associated with a lack of patulin production. Pathogenicity tests on apples revealed that patulin could act as a virulence factor in some apple varieties, like Golden Delicious or Pink Lady. In the last part of this thesis, the influence of different wavelength lights on the growth and the patulin production by Penicillium expansum were assessed in vitro and in vivo. In both cases, growth and patulin production were significantly affected under white, blue and red lights. Consequently, the apple storage under these lights could be a good alternative to the storage in the dark. In conclusion, this thesis presents a fundamental aspect that consist in the characterization of the patulin gene cluster in Penicillium expansum and the characterization of the second step of this pathway. An applied aspect is also provided by the use of the different wavelength lights to prevent the Penicillium expansum contamination during apple storage.

La pourriture bleue causée par Penicillium expansum est l'une des maladies les plus dommageables des fruits pomaceae (pommes et poires). Outre des dégâts directs, cette maladie pose un problème de santé publique car l'agent pathogène produit des mycotoxines nocives pour l'homme et les animaux dont la plus sérieuse est la patuline. La croissance du champignon pathogène et la production de patuline requièrent des conditions physico-chimiques particulières. Les informations existantes à ce propos demeurent cependant modestes et insuffisantes pour envisager de développer des moyens de lutte contre l'apparition du champignon. Par ailleurs, la patuline reste avec l'ochratoxine A, les seules toxines dont la voie de biosynthèse n'a pas encore été complètement établie, tant sur le plan chimique que moléculaire. Cette étude apporte dans un premier temps des données complémentaires sur les facteurs physico-chimiques (température, pH….) qui conditionnent la croissance de P. expansum de même que sa capacité à produire la patuline. La connaissance de ces besoins et de ces conditions conduit en pratique à lutter et contrôler la contamination par la patuline tout le long de la chaine alimentaire. Dans un deuxième temps, cette thèse apporte des améliorations spectaculaires sur le plan fondamental, en termes d'élucidation de la voie de biosynthèse de la patuline. Le cluster des gènes impliqués dans la biosynthèse de cette mycotoxine chez l'espèce la plus préoccupante P. expansum a été entièrement identifié et caractérisé. Pour lever encore plus le voile sur la biosynthèse de cette mycotoxine, la caractérisation du facteur de régulation spécifique de cette voie (patL) a été également établie. Une perturbation de ce gène a provoqué une incapacité de production de patuline et une sévère diminution de l'expression des gènes Pat. De même, grâce à ce mutant déficient, il a été montré que la patuline pourrait agir comme facteur de virulence lors du développement de la moisissure dans les pommes. La caractérisation de la dernière étape de la voie de biosynthèse de la patuline a ensuite été entreprise par mutagenèse dirigée du gène patE du cluster de la patuline, chez la même espèce. Ce dernier code pour une Glucose méthanol Choline (GMC) oxydoréductase responsable de la conversion de l'ascladiol en patuline. L'ascladiol est également une molécule clé de la dégradation de la patuline par diverses espèces bactériennes ou de levures et plus particulièrement lors de la fermentation alcoolique. La non-toxicité de l'ascladiol accumulé chez le mutant ∆patE a été démontrée sur une lignée cellulaire intestinale humaine (Caco-2), suggérant que la patuline perd sa toxicité avec l'ouverture du deuxième cycle. Finalement, un système de détection et de quantification de P. expansum par PCR en temps réel a été développé en ciblant un gène hautement spécifique de la voie de biosynthèse de la patuline, patF. Cette approche préventive nous a ainsi permis d'avoir une estimation rapide de la contamination en patuline dans les pommes à partir de la quantification d'ADN de P. expansum. En conclusion, l'ensemble de ces travaux qui s'inscrivent dans le cadre de la gestion du risque « patuline » dans la filière fruit a permis d'amener des réponses tant sur le plan fondamental que sur le plan appliqué avec le séquençage du cluster, le développement d'un outil de diagnostic et la démonstration que l'ascladiol ne présentait aucune cytotoxicité. / Among diseases affecting apples, blue mold caused by Penicillium expansum is a major concern causing yield and quality losses due to the production of mycotoxins, of which patulin is the most alarming one. This mycotoxin was proven to be harmful for humans and animals. The pathogen growth and the patulin production occur under specific physico-chemical conditions (temperature, pH…). However, the description of these conditions in literature remains largely insufficient for the development of strategies to fight the development of the fungus. Furthermore, patulin remains, along with ochratoxin A, the only toxins for which the biosynthetic pathway is not fully established yet at both chemical and molecular levels. Firstly, this study provides supplementary data on the physico-chemical factors that modulate P. expansum growth and its ability to produce patulin. The acquaintance of these conditions leads, in practice, to the control of the patulin contamination along the food chain. Secondly, significant improvements were brought on the fundamental level, especially by elucidating the patulin biosynthetic pathway. The cluster of genes involved in the biosynthesis of this mycotoxin was fully identified and characterized in the species of greatest concern P. expansum. In order to reveal additional info on the biosynthesis of this mycotoxin, the specific factor of the pathway (patL) was characterized. The disruption of this gene has led to failure in patulin production and an important decrease in Pat genes expression. Furthermore, pathogenesis studies, using this same deficient strain showed that patulin potentially acts as a virulence factor during P. expansum development on apples. The last step of the patulin biosynthetic pathway was later characterized by site-directed mutagenesis of the patE gene in the same species. This gene encodes a Glucose Methanol Choline (GMC) oxidoreductase that is responsible for the conversion of ascladiol to patulin. Ascladiol is not only the last intermediate in the patulin pathway but also the main product of patulin degradation during the alcoholic fermentation of apple juice. The non-toxicity of ascladiol accumulated by the ΔpatE strain was proved against the human Caco-2 cell line. Finally a Real time PCR assay was developed to specifically detect and quantify P. expansum. This was done by targeting a highly specific gene from the patulin gene cluster in P. expansum, patF. This predictive approach allowed the quick estimation of the patulin content via the quantification of the P. expansum DNA in apples. To conclude, this thesis is part of the patulin's risk management study in the fruit sector; it provides significant improvements on both fundamental and practical levels. These advances are mainly characterized by the sequencing of the patulin gene cluster, the development of a molecular diagnostic tool and the demonstration of the non-cytotoxicity of ascladiol.

Parmi les maladies affectant les pommes, la moisissure bleue causée par Penicillium expansum est une préoccupation majeure. Elle cause des pertes de rendement et de qualité dues également à la production de mycotoxines telles que la patuline (PAT) et la citrinine (CIT). La PAT est la plus alarmante en raison de ses propriétés cytotoxiques, génotoxiques et immunosuppressives.L'Union européenne (UE) a établi des réglementations spécifiques pour protéger la santé des consommateurs et des niveaux maximaux de 50 g / kg sont fixés pour les jus de fruits et les produits dérivés, 25 g / kg pour les purées de pommes et les compotes et 10 g / kg pour les aliments destinés aux bébés et aux jeunes enfants. En dépit de ces mesures, la PAT continue à être présente dans les aliments et / ou les boissons commerciaux, dépassant parfois les limites maximales. Des recherches supplémentaires sont par conséquent nécessaires pour minimiser la contamination des produits alimentaires par cette mycotoxine et son champignon producteur. Bien que la plupart des études sur P. expansum soient essentiellement centrées sur la PAT, le génomede ce champignon présente d'autres clusters de métabolites secondaires (SM) prédits dont certains peuvent être associés à des métabolites potentiellement toxiques. Afin de contrôler la synthèse de SM, l'étude des facteurs de transcription globaux régulant leur production est essentielle. Dans une première partie, le gène veA, appartenant à la famille des protéines du complexe velvet, a été caractérisé et son impact sur le développement du champignon, sa virulence et son métabolisme secondaire a été élucidé. La délétion de ce gène a conduit à une réduction de la production de PAT et de CIT et à une diminution de l'expression de leurs clusters de gènes. VeA a également un impact global sur le métabolisme secondaire, puisque 15 des 35gènes de structure présentent une régulation différentielle sur les milieux testés. Dans une deuxième partie, l’influence de l’acide ascorbique (AA) sur la concentration de PAT dans le jus de pomme trouble a été étudiée à la fois en laboratoire et en milieu semi-industriel. Une méthodologie analytique séparant la PAT et d'autres composés générés au cours de la réaction aété optimisée. Les conditions optimales d'action de l’AA sur la PAT ont été analysées. De plus,nous avons identifié des produits de dégradation moins toxiques que la PAT et résultant du traitement par l’AA. Pour conclure, cette thèse se rattache à la gestion des risques de la PAT dans le secteur des fruits ; elle apporte des connaissances et des améliorations significatives tant sur le plan fondamental que sur le plan pratique. Ces avancées résident principalement dans la description d'une souche mutée de P. expansum moins toxique que celle naturellement retrouvée dans la nature, et décrivant un additif alimentaire améliorant les qualités de nombreux produits transformés et diminuant la concentration de PAT en générant des composés moins toxiques. / Among diseases affecting apples, blue mould caused by Penicillium expansum is a major concern. It causes yield and quality losses, as well as food safety issues due to the production of mycotoxins such as patulin (PAT) and citrinin (CIT). PAT is the most worrying one and has cytotoxic, genotoxic and immunosuppressive properties. The European Union (EU) has established specific regulations to protect the consumer’s health and maximum levels of PAT of 5 g/kg is set for fruit juices and derived products, 25 g/kg for apple purees and compotes and 10g/kg for food intended for babies and young children. However, PAT is still found in commercial food and/or beverage products, sometimes exceeding the maximum limits and more research is needed to minimize contamination of food products by this mycotoxin and its fungus. Even though most studies on P. expansum have focused on PAT itself, the genome of this fungus exhibits other predicted secondary metabolite (SM) clusters, some of which may be associated with potentially toxic metabolites. In order to control the synthesis of SMs, the study of global transcription factors regulating their production is essential. In a first part, the veA gene, belonging to the velvet family, was characterised and its impact on the development of the fungus, its virulence and its secondary metabolism was elucidated. The disruption of this gene led to the failure in PAT and CIT production and a decrease in the expression of their gene cluster. It also revealed a global impact on the secondary metabolism, as 15 of 35 backbone genes showed differential regulation on the media tested. In a second part, the influence of ascorbic acid (AA) on the concentration of PAT in cloudy apple juice was studied on both lab and semi-industrial scale. An analytical methodology separating PAT and other compounds generated during the reaction was optimized. Optimal conditions of action of AA on PAT were studied. In addition, degradation products less toxic than PAT and resulting from AA treatment were identified. To conclude, this thesis is part of the risk management of PAT in the fruit sector; it provides significant improvements at both fundamental and practical levels. These advances are mainly characterized by the description of a mutated strain of P. expansum that is less toxic than that naturally occurring in nature, and the description of a food additive that improves numerous products qualities and affects PAT concentration, thusgenerating less toxic compounds