Projet ANR-14-CE19-0010 – VIRAPHIPLANT : Dialogue tripartite entre polérovirus, plante hôte et puceron vecteur
Programme : Productions durables (DS0501)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Veronique BRAULT (Institut National de la Recherche Agronomique)
Partenaires : Institut de Biologie Moléculaire des Plantes; Écologie Dynamique des Systèmes Anthropisés; Laboratoire public
Montant : 495445.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Vers l’identification de cibles pour lutter contre la transmission des polérovirus par les puceronsLes virus transmis par insectes sont parmi les plus dommageables pour l'agriculture mondiale. Pour limiter les dégâts causés par ces virus, l’emploi d’insecticides est largement développé. Ces pesticides sont responsables de pathologies humaines graves et il est donc nécessaire de diversifier les stratégies de lutte ne reposant plus sur des traitements phytosanitaires. L’identification de cibles permettant de réduire la dissémination des virus par leur vecteur est à l'étude dans ce projet.
Dialogue tripartite entre polérovirus, plante hôte et puceronLe Projet VIRAPHIPLANT propose d’identifier les régulations qui se mettent en place au sein d’une plante suite à une infection virale et une infestation par puceron. Ces modifications peuvent (i) impacter l’accumulation ou la répartition du virus dans les plantes et/ou (ii) modifier le comportement alimentaire et la fitness des pucerons. L’ensemble de ces changements peuvent, in fine, favoriser la dispersion des virus par les pucerons vecteurs. Différentes techniques sont mises en œuvre afin d’explorer un concept révolutionnaire et fondamental : (i) les virus peuvent-ils modifier les réactions de défense de la plante dans le but d’attirer leurs vecteurs et faciliter leur acquisition ? (ii) Les virus peuvent-ils détecter la présence de l’insecte et modifier leur distribution dans la plante de façon à favoriser leur acquisition par le vecteur ?
Approches pluridisciplinaires pour l’identification des régulations mises en place dans une plante soumise à une attaque virale et de puceronsLe modèle d’étude est constitué d’un polérovirus obligatoirement transmis par puceron, le virus de la jaunisse du navet (Turnip yellows virus ou TuYV), des Brassicacées qui sont hôtes du virus et deux espèces de pucerons qui diffèrent par leur capacité à transmettre le TuYV. Cinq approches complémentaires sont développées : (i) une analyse transcriptomique afin d’identifier les dérégulations géniques de la plante spécifiques de chaque agresseur ou induites par les deux (virus et puceron); (ii) une analyse métabolomique pour caractériser les changements spécifiques liés à l’infection virale et à l’infestation par les pucerons. La présence des métabolites dans les feuilles ou l’émission de composés volatils est corrélée à des études comportementales du puceron ; (iii) une étude comportementale et physiologique du puceron afin d’évaluer sa croissance, sa capacité de colonisation et son comportement alimentaire sur les plantes infectées ; et (iv) une approche biologique destinée à déterminer si la répartition et l'accumulation du virus in planta sont influencées par l'infestation par pucerons. Enfin, (v) une validation fonctionnelle des gènes candidats identifiés par les analyses transcriptomique et métabolique complètera ce projet via l’utilisation de mutants d’A. thaliana.
Résumé de la soumission : Les virus transmis par insectes sont parmi les plus dommageables pour l'agriculture mondiale. Les méthodes de lutte contre ces virus passent par l’emploi massif d’insecticides destinés à réduire les populations d’insectes. De nombreux pesticides (parmi lesquels figurent les insecticides) sont responsables de pathologies humaines graves comme des cancers, des maladies neurologiques et des troubles de la reproduction. Afin de diversifier les stratégies de lutte contre ces virus ne reposant plus sur des traitements phytosanitaires, il est important d’identifier de nouvelles cibles permettant, par exemple, de réduire la dissémination des virus par leur vecteur. Avec cet objectif, nous nous proposons d’étudier les interactions étroites qui lient les trois partenaires du pathosystème, càd la plante et les deux bioagresseurs, le virus et son vecteur. Jusqu'à présent, les interactions régissant ces pathosystèmes n'ont été abordées que via l’étude des réactions de la plante face à l’un ou l’autre agresseur, le virus ou le puceron. L’originalité du projet est de considérer le pathosystème dans son ensemble et d’analyser comment certaines dérégulations induites par l’un des partenaires peuvent avoir un impact sur le comportement des autres. Le modèle choisi comprend Arabidopsis thaliana, qui offre des outils génétiques considérables, le Turnip yellows virus (TuYV), un polérovirus limité au phloème, et les pucerons, qui sont le seul moyen de transmission naturelle de plante à plante du TuYV.L’objectif principal de ce projet est de savoir si les polérovirus peuvent « orchestrer » le dialogue avec la plante hôte et leur vecteur, dans le but d’assurer leur transmission par puceron, et donc leur pérennité, en infectant de nouvelles plantes. En d’autres termes, il s’agit de comprendre si les polérovirus sont simplement passifs vis-à-vis de leur vecteur ou s’ils sont capables de « manipuler » la réponse de la plante hôte pour faciliter leur acquisition par puceron. Une seconde question vise à déterminer si les polérovirus peuvent « percevoir » la présence de leur vecteur et modifier en conséquence leur répartition dans la plante pour augmenter la probabilité d'être acquis par puceron. Pour répondre à ces questions, cinq approches complémentaires seront développées : (i) une analyse transcriptomique afin d’identifier les dérégulations géniques de la plante spécifiques de chaque agresseur ou induites par les deux ; (ii) une analyse métabolique pour caractériser les changements spécifiques parmi les composants majeurs des voies de signalisation de certaines hormones (principalement acides jasmonique et salicylique) et d’autres métabolites secondaires impliqués dans les relations plante-insecte ou plante-virus. La présence de ces composés sera corrélée à des études comportementales du puceron ; (iii) une étude comportementale et physiologique du puceron afin d’évaluer sa croissance, sa capacité de colonisation et son comportement alimentaire sur les plantes infectées ; et (iv) une approche biologique destinée à déterminer si la répartition et l'accumulation du virus in planta sont influencées par l'infestation par pucerons. Enfin, (v) une validation fonctionnelle des gènes candidats identifiés par les analyses transcriptomique et métabolique complètera ce projet via l’utilisation de mutants d’A. thaliana.Ce projet, regroupant des partenaires spécialisés dans les domaines de la virologie végétale, de l’entomologie et de la métabolomique, vise à accroître nos connaissances sur les relations entre plante, virus et puceron, afin de découvrir de nouvelles cibles cellulaires qui, une fois modifiées, permettront potentiellement d'inhiber l'acquisition et la transmission du virus par son vecteur.
Résultats : L’approche métabolomique a permis de montrer une accumulation différentielle des métabolites dans les plantes infectées par le TuYV par rapport aux plantes non infectées. Cette accumulation différentielle est également observée, mais a des niveaux différents, dans des plantes infectées par d’autres polérovirus ce qui ouvre la possibilité d’identifier des marqueurs métabolomiques liés à l’infection de polérovirus chez Arabidopsis. L’analyse comportementale des pucerons sur les plantes infectées montre que les deux espèces de puceron analysées (une espèce vectrice du TuYV et une espèce peu vectrice) sont différentiellement affectées par l’infection des plantes. L’infection des plantes entrainerait une dispersion des pucerons vecteurs vers les plantes saines (favorisant ainsi la dissémination du virus vers les plantes non-infectées) alors qu’aucun effet n’est observé sur l’espèce peu vectrice du TuYV. D’autre part, afin de suivre l’effet d’une infestation par pucerons sur la répartition du virus dans la plante, un clone complet du TuYV marqué à la GFP a été obtenu. Le clone TuYV-GFP obtenu est infectieux dans différents hôtes et est transmissible par puceron. Dans les plantes infectées par ce virus, on observe un signal fluorescent dans les cellules du phloème ce qui est attendu pour ce virus restreint au tissu vasculaire.
Perspectives : Les analyses métabolomiques (analyses des métabolites dans les feuilles et des composés volatils émis par les plantes) seront poursuivies sur les plantes infectées mais aussi sur les plantes infectées et infestées par pucerons. L’identification des métabolites différentiellement accumulés dans les plantes infectées et infestées par rapport aux plantes contrôles sera conduite et l’effet de ces composés sur le comportement et la fitness du puceron sera analysé.
Les analyses comportementales des pucerons sur les plantes infectées seront poursuivies en utilisant les formes ailées des pucerons. L’effet de la présence du virus dans les pucerons (pucerons virulifères) sur leur comportement vis à vis des plantes saines ou infectées sera évalué.
Le virus TuYV marqué à la GFP sera utilisé pour suivre la localisation du virus après une infestation par les pucerons.
Les conditions pour réalisées les analyses transcriptomiques sur les plantes infectées par le TuYV et infestées par les pucerons ont été définies suite à une série d’expérimentations préliminaires et cette analyse devrait commencer prochainement.
Publications et brevets : Aucune