Equipe Virologie végétale - VIRO

Equipe de Virologie végétale

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- Les thèses en cours

Responsable : Armelle Marais  (armelle.marais-colombel@inrae.fr)

Présentation et objectifs de recherche :

Les virus phytopathogènes sont des pathogènes obligatoires omniprésents et très divers qui peuvent gravement affecter les cultures et sont difficiles à contrôler. Ils sont également une composante sous-estimée des écosystèmes naturels et représentent la moitié des pathogènes végétaux émergents. L'équipe multidisciplinaire Virologie Végétale (Viro) rassemble des compétences en virologie végétale, génétique, biologie moléculaire et cellulaire, biochimie, métabolomique, métagénomique et bioinformatique. Dans une approche translationnelle, elle cherche à comprendre la diversité de ces agents pathogènes, les interactions entre ces agents et leurs hôtes végétaux et les bases génétiques de la réponse des plantes à ces agents dans un environnement multi stress pour répondre aux enjeux de la transition agro-écologique. Le projet de l’équipe aborde trois axes majeurs: (i) le développement et la mise en œuvre d’outils pour décrire et analyser la diversité virale (i) l’identification des mécanismes et facteurs contrôlant les interactions plantes-virus et (iii) l’exploration de la diversité génétique végétale pour rechercher les bases génétiques de la réponse aux virus dans des conditions de stress multiples. Chacun de ces axes présente des aspects cognitifs et applicatifs. Les applications concernent principalement le diagnostic viral et l'étiologie (axe 1) et le développement et l'utilisation de plantes résistantes et tolérantes (axes 2 et 3) dans le cadre de solutions agro-écologiques globales. Pour cela, l’équipe travaille en interaction étroite avec des acteurs majeurs des filières végétales (Arvalis, Limagrain, Syngenta…). L’équipe propose également les services de deux plateformes technologiques qui lui sont adossées « Indexage viral par séquençage » et « Vecteurs viraux ». Les trois axes sont interconnectés car la connaissance de la diversité virale est souvent un point d'entrée utile pour les études d'interaction et de bases génétiques plante-virus.

Axes de recherches :

1 - Analyse de la diversité virale à différentes échelles et applications en recherche translationnelle : écologie virale, étiologie, diagnostic, taxonomie

Contacts :
Thierry Candresse (thierry.candresse@inrae.fr) - Armelle Marais-Colombel (armelle.marais-colombel@inrae.fr)

Les virus sont sans aucun doute les agents biologiques les plus divers. Ils sont également individuellement très variables et leur mode de réplication leur confère un potentiel évolutif très élevé. Ces caractéristiques ont de nombreuses implications pratiques pour les efforts de lutte, depuis les difficultés rencontrées pour identifier et détecter les maladies virales jusqu’à l’instabilité de la résistance des hôtes. Notre équipe est activement engagée dans le domaine du diagnostic et de la caractérisation virale, avec un accent particulier sur l'utilisation des technologies de séquençage haut débit (HTS). Nous utilisons ces approches (i) pour la résolution de problèmes d'étiologie et leur application concrète au diagnostic virologique, (ii) pour répondre à des questionnements d’écologie virale sur le fonctionnement des populations virales.
Ces dernières années, nous avons en particulier contribué significativement à la caractérisation du virome de la vigne dans le cadre de projets collaboratifs avec l’interprofession. Cet effort a été prolongé par deux projets du PNDV (Plan National de Dépérissement du Vignoble) et étendu au mycovirome (virus des champignons) associé à la vigne. De la même façon, la caractérisation du virome des arbres fruitiers du genre Prunus au sein de collections de ressources génétiques a fait l’objet d’un doctorat dans le cadre du réseau de formation Européen Marie Curie InextVir. Ces travaux ont débouché sur la caractérisation de six nouveaux virus infectant les Prunus pour lesquels des tests de détection moléculaire ont été développés.
Dans ce même objectif, la plateforme d'indexage viral par séquençage mise en place par l’équipe est ouverte à tous les acteurs du domaine phytosanitaire. Elle permet de soutenir des projets de collaboration portant sur de très nombreuses cultures. Ces actions débouchent sur la caractérisation des populations virales, sur l’identification et la caractérisation des agents responsables de maladies d’étiologie inconnue et sur le développement d’outils de diagnostic performants. Au fil des ans, ces activités de caractérisation de virus ont permis de constituer une collection d'isolats viraux de référence hébergés dans une serre de confinement de haut niveau. Cette collection a maintenant été intégrée dans le projet d'infrastructure EVA-Global (European Virus Archive) financé par l'UE, qui vise à augmenter le nombre et les normes de qualité des isolats viraux distribués.
Ce savoir-faire a été récemment mobilisé pour contribuer au plan national de recherche et d'innovation (PNRI) sur les viroses de la betterave afin de réduire la dépendance des cultures aux insecticides utilisés pour contrôler les pucerons vecteurs des virus des jaunisses.
Si elles peuvent être appliquées à des plantes isolées dans un but diagnostic, les approches HTS s’appliquent aussi à des populations de plantes, les approches de métagénomique permettant alors d'identifier tous les virus des plantes dans un environnement donné, avec des retombées dans le domaine de l'écologie virale. Nos efforts en matière de métagénomique virale sont menés dans deux directions. La première est méthodologique et a abouti, par exemple, au développement du pipeline VirAnnot permettant pour la première fois d’estimer de façon reproductible la richesse spécifique d'un virome. La seconde porte sur la description et la comparaison des phytoviromes dans différents environnements et, dans des approches d’écologie virale, à comprendre les facteurs structurant les populations de virus phytopathogènes (dans le temps ou dans l’espace) ou à identifier les flux de virus entre compartiments sauvages et cultivés des agroécosystèmes. Ces études ont mis en évidence la complexité et la diversité des viromes associés aux plantes, et montré leur nature hautement dynamique. Des travaux récents menés lors d’un doctorat dans le cadre du réseau de formation Européen Marie Curie InextVir sur le pathosystème carotte cultivée/carotte sauvage ont permis de mieux comprendre les viromes contrastés qui peuvent s'assembler chez des plantes étroitement apparentées et fournissent une base pour des recherches plus approfondies sur les barrières biologiques et écologiques limitant les mouvements des virus à l'interface agro-écologique.
Cette thématique de recherche est également poursuivie dans le cadre d’un projet ANR Phytovirus (coordination P. Roumagnac CIRAD Montpellier) qui cherche à répondre à des questions fondamentales telles que la relation entre la diversité des hôtes et la diversité virale ou la contribution de « la libération de l'ennemi viral » au succès des espèces végétales envahissantes.
Le projet PPR Deep Impact (Programme Prioritaire de Recherche, coordination C. Mougel INRAE Rennes) vise à concevoir une nouvelle génération de solutions agroécologiques permettant d’accroître la résistance des plantes aux stress biotiques, dans un souci de respect de l’environnement. En combinant diverses approches, l’objectif du projet est d'explorer la contribution du microbiome du colza et du blé à la santé de ces cultures dans l'optique de réduire la dépendance aux pesticides. Dans ce contexte, notre équipe est en charge de la caractérisation de la composante virome du microbiome de ces deux cultures.

Equipe Virologie

Cultures de carotte en Gironde suivies dans le cadre d’une thèse portant sur le virome et sur les flux de virus entre compartiments sauvage et cultivé des agroécosystèmes.

Nos recherches en métagénomique virale visant à mieux comprendre la diversité et le fonctionnement des populations de phytovirus ont vocation à s’intensifier dans l’avenir, notamment du fait de la recrudescence des viroses transmises par pucerons en grandes cultures, suite à l’interdiction des insecticides néonicotinoïdes et de l’impact positif du changement climatique sur les populations d’insectes vecteurs. Notre objectif est de pouvoir répondre à des questionnements sur la circulation des virus entre culture et réservoirs, la dynamique des virus dans les populations de vecteurs, la capacité des virus à évoluer vers des résistances végétales déployées, ou des effets non intentionnels de nouvelles pratiques agricoles sur les populations virales.

2 - Bases moléculaires des interactions plantes-virus et de l'adaptation virale

  • Pour envahir les plantes, les virus des plantes détournent les fonctions cellulaires de l'hôte à leur profit.
    L'achèvement du cycle viral résulte d'une interaction complexe entre les facteurs codés par le virus et ceux codés par l'hôte, également appelés facteurs de sensibilité. Dans ce schéma, l'absence ou l'inadéquation d'un seul facteur de sensibilité conduit à une résistance totale ou partielle aux virus.

Études fonctionnelles visant à identifier les facteurs de sensibilité impliqués dans la propagation des virus des plantes.
Contacts : Sylvie German-Retana (sylvie.german-retana@inrae.fr) & Nathalie Arvy (nathalie.arvy@inrae.fr)

L’absence ou la mutation d’un facteur essentiel au virus peut entraîner une résistance de la plante. Lors du mouvement de cellule à cellule dans les plantes, les virus exploitent les plasmodesmes (PD) en produisant des protéines de mouvement capables de modifier les PD et permettre le passage du génome viral. Pour les potyvirus, les mécanismes impliqués dans cette étape clef du cycle viral sont très peu connus. Notre objectif est de connaître les mécanismes qui gouvernent ces interactions afin d’identifier de nouvelles sources de résistance.

Equipe Virologie


Les cellules de plantes communiquent entre elles grâce à des canaux traversant la paroi, nommés plasmodesmes (PD) qui permettent une continuité du cytoplasme. Les phytovirus exploitent les PDs pour leur mouvement intercellulaire et gagner les tissus conducteurs pour se propager dans la plante entière. Les mécanismes sous-jacents sont encore peu connus pour le genre des Potyvirus.

Des facteurs de plasmodesmes potentiellement impliqués dans le mouvement des potyvirus dans la plante ont été identifiés et sont en cours de validation (contrat ANR PotyMove, projet GPR Com4Life) en collaboration avec l’équipe d’Emmanuelle Bayer (CNRS, LBM-Bordeaux) et de Jean-Luc Gallois (INRAE-Avignon). La Rémorine, une protéine localisée au niveau des radeaux lipidiques, des sites spécifiques de la membrane plasmique, est impliquée dans la régulation de la perméabilité des plasmodesmes. Dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe Sébastien Mongrand (CNRS, LBM-Bordeaux), nous avons montré que la Rémorine est impliquée dans le contrôle du mouvement d’un virus de plante, le virus X de la pomme de terre (PVX, potexvirus). Les perspectives sont de comprendre comment les modifications post-traductionnelles de cette phosphoprotéine pourraient réguler son interaction avec des protéines nécessaires à l’intégration d’un signal et la mise en place par la cellule de réponses aux virus, et en particulier les potyvirus (ANR PhosphoREM).

Equipe Virologie



Suivi du mouvement de potyvirus étiqueté GFP chez Arabidopsis thaliana (Photos prises sous UV).
Foyers d’infection observés sur feuilles inoculées 6 jours après incoulation (A et B).
Observation de la propagation du virus dans les feuilles supérieures 12 jours après inoculation (C et D).

 

 

En parallèle, un projet exploratoire visant à étudier le rôle des gouttelettes lipidiques (GL) dans le cycle des potyvirus débutera en 2021 (Projet RoLiPV, collaboration Claire Brehelin, CNRS, LBM-Bordeaux). Les GL sont des organites de stockage et de transport de lipides dont le rôle crucial dans la réplication de plusieurs virus animaux a été montré récemment. Leur rôle dans le cycle des virus de plantes est encore inconnu. Ce projet permettra de mettre en évidence de nouveaux acteurs potentiels du cycle des potyvirus et de chercher d’autres cibles originales de résistance.

  • Le moteur de l’adaptation des virus, en particulier leur capacité à contourner les résistances de la plante hôte, repose sur une modulation de la relation structure-fonction de leurs facteurs protéiques.
    Notre second objectif est l’exploration des mécanismes moléculaires qui régissent l’adaptation virale.

Contacts : Guillaume Lafforgue (guillaume.lafforgue@inrae.fr) - Thierry Michon (thierry.michon@inrae.fr)

La fréquence de mutation élevée des virus stimule leur potentiel d'évolution et compromet la durabilité de la résistance de l'hôte. Certaines protéines virales possèdent des régions dites intrinsèquement désordonnées (IDR) qui n'ont pas de structure stable mais qui remplissent néanmoins d'importantes fonctions dans le cycle infectieux du virus. Ces IDR structuralement peu contraintes ont une robustesse mutationnelle qui faciliterait l'adaptation du virus à son hôte.  En combinant des approches d’évolution expérimentale dans les plantes et des méthodes biochimiques, nous avons évalué la contribution des IDRs  au contournement de la résistance de l'hôte. Nos données expérimentales, obtenues in vivo, permettent pour la première fois, d’étayer l'hypothèse selon laquelle les  IDRs peuvent moduler directement l'adaptabilité des virus.

3 - Analyse de la réponse de la plante aux potyvirus en conditions multi-stress : bases génétiques de la tolérance

Contact : Valérie Schurdi-Levraud (valerie.schurdi-levraud@inrae.fr)

L'infection virale est l'une des menaces biotiques les plus alarmantes dans les cultures en raison de l'impact du changement climatique sur la distribution spatiale et temporelle des vecteurs et des virus. Les changements mondiaux, et en particulier l'augmentation de la fréquence des périodes de haute température, devraient ainsi favoriser la redistribution de nombreux agents pathogènes des plantes et l'émergence de nouveaux agents pathogènes et/ou de nouvelles souches. Par ailleurs, il a été montré que la chaleur supprime en grande partie les réponses de défense et les éléments de signalisation produits par la plante lors d’une infection virale. Dans ce contexte, la compréhension de la réponse des plantes à l'infection virale dans le cadre de contraintes abiotiques telle que l’élévation de température revêt une grande importance pour trouver des solutions agricoles durables.

Jusqu’à présent, en particulier en ce qui concerne les stress biotiques, la résistance a été considérée comme la meilleure réponse. Elle présente cependant les désavantages de produire une pression de sélection sur les populations de pathogène, contribuant à son contournement. Elle est, par ailleurs, souvent associée à une pénalité du rendement lié au compromis entre résistance et croissance.

Dans l’objectif d’une agriculture durable, la question de la tolérance à des stress multiples est donc cruciale. La tolérance au stress des plantes peut être définie comme un compromis entre la réponse au stress et le maintien de la croissance. Nous recherchons donc les bases génétiques et fonctionnelles de cette réponse.  Nous nous sommes intéressés au pathosystème entre la plante modèle Arabidopsis thaliana et le virus de la mosaïque du navet (TuMV).

En conditions extérieures, cette interaction révèle une architecture génétique plus complexe qu’en conditions contrôlées, mettant en évidence de nouveaux loci impliqués dans l'interaction grâce à une analyse pan génomique (GWA mapping). Nous avons également recherché les changements métaboliques associés à l'infection virale en plein champ (collaborations F. Roux INRAE LIPM Toulouse, J. Bergelson U. Chicago USA et Y. Gibon, équipe Meta, UMR 1332 BFP).  Certains métabolites apparaissent comme marqueurs de l’interaction. Cette étude pionnière souligne l'intérêt d'analyser les interactions plantes-virus dans le contexte complexe de multi-stress auquel les plantes sont confrontées dans des conditions naturelles. L’approche sera étendue à une étude sur la tomate et sur le blé. Nous nous intéresserons également aux interactions biotiques multiples.

Equipe Virologie

Expérimentation en conditions extérieures de l’interaction Arabidopsis thaliana/TuMV

Equipe Virologie

Arabidopsis thaliana infectée par le TuMV en conditions extérieures

 

4 - Génétique, génomique et recherche translationnelle chez les espèces fruitières à noyau : transformer les connaissances acquises sur les interactions plantes-virus en stratégies de résistance

Contact : Véronique Decroocq (veronique.decroocq@inrae.fr)

Notre objectif principal est l’acquisition de connaissances et le développement d’outils biotechnologiques et génétiques pour une résistance durable au PPV (Plum pox virus), l'agent causal de la sharka chez les espèces fruitières à noyaux (espèces Prunus comme le pêcher, l’abricotier, l’amandier). Il s'agit d'un défi majeur pour un agent pathogène de quarantaine qui infecte des plantes hôtes pérennes.

Dans ce but, nous avons mis en place une série de stratégies complémentaires qui utilisent les dernières avancées en métagénomique chez ces espèces ligneuses ainsi que les connaissances acquises sur les interactions plantes-virus. Dans ce but, nous avons constitué une collection botanique unique de plus de 1 000 accessions d'abricotiers et d'amandiers sauvages et cultivés. Nous avons séquencé le génome de plus de 500 de ces accessions et assemblé de novo, le génome abricotier en collaboration avec le Centre de BioInformatique de Bordeaux.

En parallèle, nous avons initié une approche de génétique d’association afin d’élucider l'architecture génétique de la résistance au PPV chez les abricotiers cultivés (Mariette et al, 2016). Cette approche est actuellement étendue aux populations naturelles d’abricotiers. Au regard de l’originalité de ce matériel végétal, et des données générées, nous avons été amenés à nous interroger sur l'origine de l'abricotier cultivé et de l'impact de la domestication sur les interactions plantes-virus.

La deuxième stratégie que nous poursuivons consiste à rechercher des mutations dans les gènes de sensibilité à la sharka au sein de la diversité naturelle ou artificielle des Prunus (approches dites d’Eco-TILLING ou TILLING). Dans un premier temps, nous avons montré, chez le modèle Arabidopsis thaliana, que que la CPGK (Poque et al, 2015), ainsi les isoformes du complexe de traduction des protéines de la plante, eIF4F (eIFiso4E et eIFiso4G), étaient des interacteurs clefs lors de l’infection par le PPV (Decroocq et al, 2006 ; Nicaise et al, 2007). Des pruniers japonais transgéniques dans lesquels l’expression de différentes formes deces facteurs de sensibilité ont confirmé le rôle majeur d’une des deux copies d’eIFiso4G dans l’infection par le virus de la sharka. Comme la plupart des variétés de fruits à noyau sont sensibles au PPV, nous postulons que les allèles de sensibilité sont prédominants dans le germoplasme cultivé. En conséquence, notre approche actuelle est de cribler notre collection botanique de Prunus ainsi que les collections de variétés cultivées de pêcher, abricotier, amandier et prunier, à la recherche de mutations rares affectant les facteurs de sensibilité à la sharka. Nous avons plus récemment inclus dans l'étude une population de 3 000 pêchers mutagénéisés (par l’agent EMS) qui est actuellement criblée par TILLING et nous développons des outils d’édition du génome afin de produire des copies non-fonctionnelles de ces facteurs de sensibilité à la sharka.

Equipe Virologie

Forêt Kazakh de pommiers et abricotiers sauvages

A l’avenir, nous prévoyons d’étendre ces approches de recherche translationnelle à d’autres caractères agronomiques d’intérêt (résistance à d’autres pathogènes, au stress abiotique etc…) et à d'autres espèces de Prunus cultivées. Nous souhaitons optimiser un transfert rapide de ces connaissances outils et matériel végétal, vers les programmes de sélection de fruits à noyau.

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Date de modification : 27 février 2024 | Date de création : 29 avril 2011 | Rédaction : Muriel Gauthier