Diversité génétique, évolution et dissémination des bégomovirus africains dans les îles du sud-ouest de l'océan Indien

De Bruyn Alexandre. 2014. Diversité génétique, évolution et dissémination des bégomovirus africains dans les îles du sud-ouest de l'océan Indien. Saint-Denis : Université de la Réunion, 240 p. Thèse de doctorat : Sciences. Biologie moléculaire : Université de la Réunion

Titre anglais : Genetic diversity, evolution and dissemination of African begomoviruses in the south-west Indian Ocean islands

Encadrement : Reynaud, Bernard

Résumé : L'impact des maladies virales émergentes sur le monde végétal représente depuis plusieurs décennies une menace importante pour la sécurité alimentaire mondiale et la biodiversité. A ce titre, le genre Begomovirus, de la famille des Geminiviridae, comporte le plus grand nombre d'espèces virales causant des maladies sur de nombre uses cultures d'importance économique majeures, comme le manioc, la tomate, ou encore le coton. Paradoxalement, si l'on considère que la plupart des maladies émergentes causées par les bégomovirus sont liées à des virus infectant naturellement des plantes sauvages indigènes, et qui se seraient adaptés aux plantes cultivées introduites, la diversité des populations virales dans les écosystèmes naturels reste très largement méconnue. De plus, le caractère non pérenne de la majorité des plantes cultivées suggère l'existence de plantes hôtes alternatives, ou "réservoirs", qui permettent aux populations virales de se maintenir lors des périodes d'inter-cultures. Il apparaît dès lors primordial d'acquérir une meilleure connaissance de la diversité virale infectant les plantes sauvages et adventices des cultures. L'utilisation complémentaire de deux approches, d'une part le clonage de séquences complètes à l'aide de la technique RCA-RFLP, et d'autre part le séquençage à haut-débit d'une portion conservée du génome des bégomovirus nous a permis de confirmer la présence de bégomovirus dans les plantes sauvages, avec notamment la caractérisation d'une nouvelle espèce très divergente infectant l'Asystasia gangetica, ainsi que la présence de bégomovirus initialement caractérisés sur des plantes cultivées dans des plantes adventices. Associée à la découverte d'un bégomovirus vraisemblablement généraliste à Madagascar, l'ensemble de nos résultats permettent d'appréhender la complexité des interactions entre les bégomovirus et leurs plantes hôtes, notamment à l'interface entre les espaces naturels et cultivés. A une échelle plus large, l'étude de la dissémination spatiale des bégomovirus semble être indispensable à la compréhension des mécanismes d'émergence ayant opérés lors de leurs récentes pandémies. Ainsi, l'étude de la diversité et la reconstruction de l'histoire évolutive des bégomovirus inféodés au manioc (Cassava Mosaic Geminiviruses, CMGs) dans les îles du sud-ouest de l'océan Indien ont révélé la complexité des situations épidémiologiques des différentes espèces appartenant au complexe des CMGs. Il a ainsi pu être mis en évidence la coexistence de plusieurs espèces largement recombinantes entre elles, appelées EACMV-like, et ayant été introduites indépendamment et plusieurs fois dans les îles, mais aussi la forte prévalence à Madagascar de deux autres espèces, le SACMV et l'ACMV, dont les populations actuelles semblent issues d'évènements d'introductions uniques et récents, suggérant des différences dans les processus de dissémination de ces espèces. La complexité des relations entre les différents facteurs favorisant l'émergence des bégomovirus tels que leur potentiel évolutif ou les nombreuses interactions entre ces virus, leurs hôtes et leur insecte vecteur, souligne l'importance de replacer les données de séquences virales dans un contexte écologique, et d'intégrer ces différents facteurs dans l'étude des processus d'émergence.

Résumé (autre langue) : In the past decades, the impact of viral emerging diseases on plants has been greatly threatening global food security and biodiversity. As such, Begomovirus genus, belonging to the Geminiviridae family, contributes to the greater number of viral species causing diseases on numerous crops of economic importance, such as cassava, tomato, or cotton. Paradoxically, while it is assumed that most of emerging diseases caused by begomoviruses originates from viruses naturally infecting indigenous wild plants, the diversity of viral populations in natural ecosystems remains largely unknown. Moreover, the perennial character of the majority of crops suggests the occurrence of alternative, or “reservoir”, hosts allowing viral populations to hold during intercropping periods. It is therefore of prime interest to obtain a better knowledge of viral diversity infecting wild plants and weeds. The complementary use of two approaches, namely the cloning of complete sequences using RCA-RFLP method, and the high-throughput sequencing of a conserved region within begomovirus genome, allowed us to confirm the presence of begom oviruses in wild plants. In particular, we characterized a greatly divergent new species infecting Asystasia gangetica, and the presence in weeds of bego moviruses initially described on crops. With the detection of a begomovirus being most likely a genera list pathogen in Madagascar, these results highlights the complexity of begomoviruses niche partitioning , especially at the interface between natural and cultivated environments. On a larger scale, studying the spatial dissemination of begomoviruses appears as essential to understand the mechanisms of emergence at work during their last pandemics. Therefore, the study of the diversity and the evolutionary history reconstruction of cassava-infecting begomoviruses (Cassava Mosaic Geminiviruses, CMGs) in the south-west Indian Ocean islands revealed the contrasting epidemiological patterns for the distinct species belonging to the CMG complex. Indeed, we provided evidences for the coexistence of several widely inter-specifically recombining species, referred to as EACMV-like, and which have been introduced independently and several times in the islands, but also the great prevalence in Madagascar of two others species, the SACMV and the ACMV, whose present populations seem to originate from recent and unique introduction events. The complex relationships between the factors involved in emergence such as evolutionary abilities or the interactions between viruses, hosts and insect vectors, emphasizes the necessity to study viral sequences data within a complete ecological framework for the study of the emergence processes.

Mots-clés Agrovoc : virus des végétaux, virologie, variation génétique, évolution, génétique des populations, distribution géographique, phylogénie, relation hôte pathogène, recombinaison, épidémiologie, Manihot esculenta, begomovirus, Geminiviridae

Mots-clés géographiques Agrovoc : océan Indien, Afrique, Madagascar

Mots-clés complémentaires : Émergence, Virus de la mosaïque africaine du manioc

Classification Agris : H20 - Maladies des plantes

Champ stratégique Cirad : Axe 4 (2014-2018) - Santé des animaux et des plantes

Auteurs et affiliations

• De Bruyn Alexandre, CIRAD-BIOS-UMR PVBMT (REU)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/580303/)

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