Caractérisation de la transmission des capulavirus, des géminivirus d'un nouveau genre dont l'originalité est la transmission par puceron

Ryckebusch Faustine. 2020. Caractérisation de la transmission des capulavirus, des géminivirus d'un nouveau genre dont l'originalité est la transmission par puceron. Montpellier : Montpellier SupAgro, 312 p. Thèse de doctorat : Mécanismes des interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques : Montpellier SupAgro

Titre anglais : Characterization of the transmission of geminiviruses belonging to the new genus Capulavirus typical for aphid transmission

Encadrement : Peterschmitt, Michel ; Sauvion, Nicolas

Résumé : Les virus de la famille Geminiviridae sont des virus à ADN simple brin circulaire (ADNsbc), transmis selon le mode circulant non-multipliant (snm) par cicadelle, aleurode, membracide et puceron (Hemiptera). Des maladies causées par des géminivirus sont décrites depuis plus d'un siècle, mais ce n'est que récemment que des geminivirus transmis par puceron ont été découverts. Cette découverte tardive est paradoxale car les pucerons sont les hémiptères qui transmettent le plus de virus de plante, y compris ceux des familles Nanoviridae et Luteoviridae, transmis selon le mode snm. La transmission par puceron a été détectée au sein d'un groupe de 4 géminivirus qui se distinguent par leurs séquences et organisations génomiques, et pour lesquels le genre Capulavirus a été créé. La transmission par puceron n'avait été démontrée que pour 2 d'entre eux, l'Alfalfa leaf curl virus (ALCV) transmis par Aphis craccivora et le Plantago latent virus (PlLV) par Dysaphis plantaginea. En démontrant la transmissibilité d'un 3e capulavirus par puceron, l'Euphorbia caput medusae latent virus (EcmLV), la transmission par puceron est validée comme critère taxonomique générique. La population de A. craccivora qui transmet l'EcmLV, ne transmet pas l'ALCV, ce qui témoigne d'une grande spécificité de transmission au sein des capulavirus. La circulation de l'ALCV a été suivi dans son puceron vecteur par des approches complémentaires. La localisation de l'ALCV dans les tissus de plante (FISH) et des analyses fines du comportement alimentaire du vecteur par électropénétrographie (EPG) montrent que l'ALCV est restreint au phloème et que sa distribution est hétérogène. Des tests de transmission et des mesures de teneurs virales (qPCR) montrent qu'au maximum 12% des pucerons transmettent l'ALCV et que la transmission est tributaire d'un seuil critique de teneur viral. Nous montrons aussi que l'ALCV s'accumule et persiste efficacement dans le tube digestif du puceron vecteur, comme d'autres géminivirus dans leurs vecteurs aleurode et cicadelle. Par contre, la teneur et la persistance de l'ALCV dans l'hémolymphe et dans la tête est faible, en cohérence avec les traces infimes d'ALCV détectées par FISH dans les glandes salivaires, contrairement au tube digestif. Ces résultats pourraient expliquer que le taux de transmission de l'ALCV par A craccivora est bien inférieur à celui de géminivirus transmis par aleurode ou cicadelle (90%). Grâce à un nanovirus de fève, le Faba bean necrotic stunt virus (FbNSV), nous avons vu que la faible transmission de l'ALCV n'est pas imputable au puceron. Avec une même population de A. craccivora, nous montrons que le taux de transmission du FbNSV est 2 à 5 fois plus élevé que celui de l'ALCV, et que le FbNSV est excrété beaucoup plus efficacement. Des observations en FISH montrent que l'ALCV et le FbNSV ne colocalisent pas dans les cellules de l'intestin moyen, suggérant des routes de circulation distinctes. Alors que dans les deux familles virales les génomes sont des ADNsbc, seuls les nanovirus ont une protéine assistante de la transmission (NSP). La transmission des géminivirus est déterminée uniquement par la CP. Un criblage double-hybride en levure contre la CP de l'ALCV a permis d'identifier 3 protéines du tube digestif de A. craccivora. Leur rôle dans la transmission devra être validé par des tests d'interaction complémentaires et de transmission. Un travail parallèle réalisé avec la CP et la NSP du FbNSV dans le cadre d'une autre thèse devrait permettre à terme de valider l'hypothèse de parcours propre à chaque virus sur une base moléculaire. La généralisation du faible taux de transmission de l'ALCV à l'ensemble des capulavirus pourrait expliquer à la fois leur découverte tardive, et leur adaptation préférentielle à des hôtes pérennes. Cette hypothèse est discutée par rapport à quelques observations de terrain et en comparaison avec des virus des familles Nanoviridae et Luteoviridae.

Résumé (autre langue) : The family Geminiviridae is the first group of plant viruses in terms of number and economic importance. They have circular single-stranded (css) DNA genomes and are transmitted in a circulative non-propagative (cnp) manner by leafhoppers, whiteflies, treehoppers and aphids (Hemiptera). While diseases induced by geminiviruses were reported for more than a century, aphid transmitted geminiviruses were discovered only recently by metagenomics. This delayed discovery is puzzling because aphids are the hemipterans that transmit the most plant viruses including the viruses of families Nanoviridae and Luteoviridae, transmitted in a cnp manner. Aphid transmission was detected among a group of 4 diverging geminiviruses exhibiting a typical genome organization and for which the genus Capulavirus was created. Aphid transmission was shown only for 2 of them, the Alfalfa leaf curl virus (ALCV) transmitted by Aphis craccivora and the Plantago latent virus (PlLV) transmitted by Dysaphis plantaginae. By demonstrating aphid transmission of a third capulavirus, Euphorbia caput-medusae latent virus (EcmLV), aphid transmission was validated as a generic taxonomic criterion. The population of A. craccivora that transmits EcmLV does not transmit ALCV, which reflect high transmission specificity among capulaviruses. ALCV was selected to investigate further geminivirus transmission by aphids because it was isolated on cultivated plants in France and associated with symptoms. Its localization in plant tissues (FISH) and the accurate analysis of the feeding behavior of the vector by electropenetrography (EPG) revealed that ALCV is phloem restricted and that its distribution is heterogeneous. Transmission tests and estimations of virus contents (qPCR) show that 12% of aphids, at maximum, transmit ALCV and that transmission is dependent on a critical threshold of virus content. We also show that ALCV accumulates and persist efficiently in the digestive tract of the vector aphid, with amounts that are similar to those of geminiviruses in their leafhopper of whitefly vectors. On the contrary, the amount and persistence of ALCV in hemolymph and heads are low, consistently with the low detection of ALCV by FISH in the salivary glands unlike in the digestive tract. These results may explain the low individual transmission rate of ALCV by A. craccivora, much lower than the 90% rate observed with geminiviruses transmitted by whiteflies and leafhoppers. Thanks to a broad bean nanovirus transmitted by A. craccivora, Faba bean necrotic stunt virus (FbNSV), we showed that the low transmission of ALCV is not imputable to the aphid. Indeed the comparisons carried out with the same A. craccivora population show that the transmission rate of FbNSV is 2 to 5 times higher than that of ALCV and FbNSV was excreted much more efficiently. FISH observations show that ALCV and FbNSV do not colocalize in midgut cells, which is consistent with distinct pathways. While nanoviruses and capulaviruses have both a circular single-stranded DNA genome, only nanoviruses encode a helper component for transmission (NSP). In geminiviruses, only CP is determining vector transmission. A yeast two-hybrid analysis carried out against the CP of ALCV identified three proteins of the digestive tract of A. craccivora. Their role in ALCV transmission will have to be validated with transmission and complementary interaction tests. Together with a similar study carried out in parallel by another Ph.D. student with the CP and the NSP of FbNSV, we expect to validate the hypothesis of distinct pathways with molecular data. The generalization of the low transmission efficiency of ALCV to all capulaviruses may explain both their late discovery and their preferential adaptation to perennial hosts. This hypothesis is discussed according to some rare descriptions of capulaviruses in natural conditions and in comparison with viruses of families Nanoviridae and Luteoviridae.

Mots-clés Agrovoc : virus des végétaux, maladie transmise par vecteur, transmission des maladies, Geminiviridae, Hemiptera

Mots-clés complémentaires : Capulavirus

Classification Agris : H20 - Maladies des plantes

Auteurs et affiliations

• Ryckebusch Faustine, CIRAD-BIOS-UMR BGPI (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/600321/)

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