Dynamique spatio-temporelle des populations virales associées au riz en Afrique de l'Ouest – SPADYVA

Nous avons d'abord exploré la diversité virale à l'aide des technologies récentes de séquençage à haut débit (Illumina et Oxford Nanopore Technology) sur i) du matériel végétal contemporain (1970-2025) collecté dans des rizières d'Afrique de l'Ouest et ii) du matériel végétal ancien (1890-1970) conservé au Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN) de Paris. De plus, nous avons utilisé l'exploration de données publiques pour extraire des séquences de virus de plantes afin de fournir des informations complémentaires et nécessaires sur la distribution spatiale et la diversité génétique des virus de plantes (https://peercommunityjournal.org/articles/10.24072/pcjournal.637/).

Ensuite, contrairement à la plupart des études métagénomiques, l'accent a été mis sur la caractérisation épidémiologique, biologique et pathogénique des virus identifiés afin d'identifier les virus ayant potentiellement un impact sur la riziculture. Pour cela, nous avons déterminé la prévalence et la structure génétique de ces nouvelles espèces virales dans des champs au Burkina Faso et, lorsque cela était techniquement possible, nous avons évalué leur gamme d'hôtes et leurs propriétés pathogéniques dans des conditions contrôlées à l'aide de clones infectieux (https://doi.org/10.1094/PBIOMES-08-23-0085-FI and doi.org/10.1002/ndr2.70007).

Enfin, à partir des données génétiques, spatio-temporelles et expérimentales générées au cours de ce projet, nous avons utilisé des méthodes de phylogéographie basées sur l’inférence Bayesienne, rarement utilisées pour les virus de plantes, pour reconstituer l'histoire évolutive et de dispersion du principal virus du riz en Afrique, le virus de la mosaïque jaune du riz (RYMV). Cela nous a permis d'identifier les déterminants génétiques et les circonstances épidémiologiques qui ont favorisé sa dispersion à travers le continent (https://doi.org/10.1016/j.virusres.2023.199106).

Nous avons exploré la diversité virale associée à des échantillons de riz prélevés au Burkina Faso et au Sénégal entre 2015 et 2025 (>4500 échantillons). Alors que seuls deux virus infectant le riz en Afrique avaient été décrits (RYMV et RSNV), nous avons identifié six autres espèces virales infectant le riz et appartenant à la famille des Geminiviridae (https://doi.org/10.1094/PBIOMES-08-23-0085-FI et doi.org/10.1002/ndr2.70007), Potyviridae (Bangratz et al, in prep.) et Rhabdoviridae (Tall et al, in prep.). Nous avons caractérisé l'organisation génétique de ces virus par séquençage complet du génome (combinaison des stratégies Sanger, Illumina et Oxford Nanopore Technology), et nous avons estimé leur prévalence, leur diversité génétique et leur structure génétique dans les agro-écosystèmes rizicoles par séquençage partiel de gènes clés. Nous avons confirmé les propriétés pathogéniques de deux Geminiviridae par des inoculations expérimentales en conditions contrôlées. Deux autres espèces virales ont été identifiées (familles Bromoviridae et Tymoviridae), mais n'ont pas encore été entièrement caractérisées génétiquement. A noter que nous avons détecté certains de ces virus grâce au séquençage smallRNA-Illumina provenant de 1700 échantillons d’herbiers de riz du MNHN collectés en Afrique de l’Ouest/Centrale entre 1890 et 1970, ce qui a confirmé la longue interaction entre le riz et ces agents pathogènes décrits au cours de ce projet.

En plus des 700 isolats du RYMV collectés depuis 1975 dans 16 pays d'Afrique de l’Ouest/Centrale, nous avons enrichi cette collection grâce à de nouveaux prélèvements et jeux de données obtenus entre 2020 et 2025 au Ghana, au Sénégal, en Sierra Leone et au Togo. À partir de toutes ces données génétiques, spatio-temporelles et expérimentales, nous avons pu reconstituer l'histoire évolutive du RYMV en Afrique de l’Ouest/Centrale, et identifié les déterminants génétiques et les circonstances épidémiologiques qui ont favorisé sa dispersion. Nos résultats ont révélé des corrélations entre des événements historiques clés et la dynamique spatio-temporelle et évolutive du RYMV, comme par exemple : i) l’intensification de la culture du riz au Mali au début du 20ème siècle et l'émergence et à l'évolution génétique du RYMV en Afrique de l’Ouest/Centrale (Traoré et al, in prep.), ii) l'augmentation de la circulation du RYMV au cours des dernières décennies et la forte augmentation des surfaces cultivées en riz suite à la crise financière mondiale de 2008 (https://doi.org/10.1016/j.virusres.2023.199106; Traoré et al, in prep.; Tall et al, in prep.; Palanga et al, in prep.), et iii) l'introduction d'une souche spécifique du RYMV au Sierra Leone et les mouvements de réfugiés à la fin de la guerre civile (Tucker et al, in prep.). Les données génétiques (en cours d’obtention) sur le RYMV issues des herbiers du MNHN participera à élucider les premières étapes de l'émergence du RYMV en Afrique de l’Ouest/Centrale.

Grâce à une approche intégrative et multidisciplinaire, le projet SPADYVA a grandement contribué à la compréhension de la diversité et de la dynamique des virus du riz, à l'échelle locale et continentale. Ce projet a participé i) à la surveillance épidémiologique des maladies virales affectant le riz en Afrique, ii) à la caractérisation virus de riz inconnus (développement d'outils de diagnostic), et iii) a identifié des facteurs génétiques et anthropiques inattendus impliqués dans l'émergence, l'adaptation et la dispersion du principal virus du riz en Afrique.

Ce projet nous a permis de valoriser des collections d’échantillons et de données acquises par notre équipe et nos partenaires avec de nouvelles questions de recherche, mais aussi de participer à l’archivage et la numérisation de planches de planches de riz historiques conservées au MNHN (https://science.mnhn.fr/institution/mnhn/collection/pat/item/search, dépôts non accessible depuis une cyberattaque subie par le MNHN en 2025). Des études comparatives entre ces collections contemporaines et anciennes se poursuivront, tant dans l’analyse de la diversité des populations virales associées au riz que dans la reconstruction de la dynamique spatio-temporelle du RYMV. L’analyse des herbiers du MNHN a permis d’obtenir de nouveau financement et d’initier des travaux sur les pathogènes fongiques observés dans ces échantillons anciens (Université de Montpellier, 2024-2025, 14k€).

Afin d’analyser tous ces échantillons, des verrous technologiques et méthodologiques ont été levés pour implémenter des stratégies de métagénomique et de séquençage haut-débit dans nos questions de recherche. Ces approches sont maintenant utilisées en routine dans nos laboratoires, et ont participé grandement à l’obtention de nouvelles sources de financements (Fondation Agropolis, 2024, 25k€ ; Université de Montpellier, 2026-2027, 50k€) et d’élargir notre zone de recherche tant au niveau géographique (exploration de la diversité des virus du riz en Amérique du Sud, Argentine et Equateur) que des modèles biologiques (virus de monocotylédones tropicales et tempérées : maïs, sorgho, palmier, blé, orge, …).

L’identification de nouvelles espèces virales de plantes cultivées ont eu un effet levier pour mener ou participer à de nouveaux projets centrés sur le développement d’outils de diagnostic et d’épidémiosurveillance (Université de Montpellier, 2025-2026, 10k€ ; MEAE, soumis, 850k€ demandés).

L’utilisation d’une stratégie de datamining des bases de données pour enrichir nos connaissances sur la diversité des virus circulant dans les agro-écosystèmes n’a pas été concluante sur le riz (lié à la quantité limitée de données actuellement disponibles dans les bases de données publiques), mais est très prometteuse sur d’autres cultures telle que le maïs (Palanga et al, in prep. ; Richard et al, in prep.). Ce travail se poursuivra grâce au recrutement dans notre équipe du postdoc impliqué dans la partie « datamining » de SPADYVA.

Les maladies émergentes de plantes, dont celles causées par les virus, pèsent lourdement sur la sécurité alimentaire et la stabilité économique des sociétés, en particulier dans les pays en voie de développement. Le riz est la céréale la plus consommée dans le monde pour l’alimentation humaine et devient de plus en plus importante en Afrique. Pour répondre à la demande, la culture du riz s'est considérablement intensifiée en Afrique de l’Ouest au cours des dernières décennies, ce qui rend la production de riz encore plus exposée aux épidémies et à l’émergence de nouveaux pathogènes.

Alors que les virus correspondent à l'entité biologique la plus abondante dans l’environnement, la diversité des virus reste largement inexplorée par rapport aux autres microorganismes. Ce manque de connaissances empêche l'évaluation des risques d'émergence de nouvelles maladies virales et la gestion des épidémies pour les hommes, les animaux et les plantes cultivées. La clé pour évaluer et cartographier les risques d'émergence des virus qui menacent les productions agricoles est d’associer l’exploration de la diversité virale dans les agro-écosystèmes à des études de phytopathologie, d’épidémiologie et d’évolution expérimentale.

L’objectif principal du projet SPADYVA est de comprendre l'impact des facteurs biotiques, abiotiques et historiques sur la diversité, l'émergence, la dispersion et la virulence des virus du riz en Afrique de l’Ouest en combinant métagénomique virale, épidémiologie moléculaire, phylodynamique et validations expérimentales.

Pour cela, nous analyserons des milliers d'échantillons de riz collectés à un siècle d'intervalle en Afrique de l’Ouest pour en explorer la diversité virale en utilisant les technologies de séquençage à haut débit les plus récentes (Illumina et Oxford Nanopore technology). Ensuite, alors que ce n’est pas le cas dans la plupart des études de métagénomique, nous déterminerons la distribution, la prévalence, la gamme d'hôtes, la virulence et la valeur sélective des virus jusqu’alors inconnus, certains d'entre eux pouvant être à un stade précoce d'émergence. Enfin, nous reconstruirons finement l’histoire évolutive d’un virus du riz qui a connu un large succès épidémique en Afrique, le Rice yellow mottle virus (RYMV).

Ainsi, par une approche intégrative et multidisciplinaire, le projet SPADYVA contribuera à mieux discerner la structure et la dynamique des virus dans les agro-écosystèmes (de leur émergence à leur dispersion), et évaluera l'impact à long terme de l’évolution de la riziculture et de la société humaine en Afrique de l’Ouest sur la diversité, l'émergence, la dispersion et la virulence des populations virales associées au riz. Cela permettra de mesurer le poids des déterminants génétiques et du hasard dans l’épidémiologie des virus de plantes, et donc de mieux comprendre pourquoi et comment certaines espèces virales émergent et se dispersent dans l’environnement alors que d’autres non.

Les résultats générés au cours de ce projet participeront également i) à la surveillance épidémiologique des maladies qui touchent le riz en Afrique, ii) à identifier des virus de riz inconnus et/ou émergeants et à développer des outils de diagnostics efficaces pour les détecter efficacement, et iii) à concevoir des stratégies de lutte durables contre les virus du riz une fois que les facteurs génétiques et environnementaux qui favorisent les épidémies seront identifiés.