Vers une compréhension des mécanismes sous-jacents à la prémunition – ToProtectMe
La prémunition, un phénomène contrôlé par le virus ou par la plante ?
La prémunition, ou protection croisée, découverte il y a près d'un siècle, consiste en un blocage de l'infection virale secondaire d'une plante suite à une infection par un virus primaire génétiquement apparenté. Ce phénomène est utilisé depuis plusieurs décennies comme méthode de biocontrôle pour lutter contre différentes maladies virales. Cependant, les facteurs et mécanisme(s) entrant en jeu restent très mal connus, limitant le déploiement de cette méthode.
Facteurs et mécanisme(s) de la prémunition vis-à-vis du grapevine fanleaf virus.
Les virus constituent une menace majeure tant pour les cultures – avec un impact économique estimé à plus de 30 milliards de dollars par an – que pour les plantes sauvages. Ils sont notamment à l’origine de près de 50 % des maladies végétales émergentes ou ré-émergentes dans le monde. En raison de leur nature intracellulaire obligatoire, leur lutte repose principalement sur des méthodes préventives telles que les mesures de réduction des risques, parmi lesquelles figurent les programmes de certification, la gestion des vecteurs (principalement à base de pesticides) et la mise en place de variétés résistantes. Bien que le recours à la résistance génétique soit actuellement considéré comme l’approche la plus efficace et la plus durable contre les virus, le nombre de gènes de résistance virale connu est limité ; de plus, ceux-ci sont souvent rapidement contournés et leur sélection pour les cultures pérennes peut prendre plusieurs décennies. En outre, l’absence d’autres caractères souhaitables chez les variétés résistantes, tels qu’un rendement accru, une meilleure qualité du produit et une adaptation locale, limite souvent leur utilisation. La prémunition est un phénomène dont le principe est en quelque sorte analogue à la vaccination chez les animaux : l’infection primaire d’une plante par un virus empêche son infection ultérieure par un virus génétiquement apparenté. Il a été démontré que ce phénomène se produit aussi bien chez les plantes hôtes annuelles que pérennes. La prémunition est ainsi utilisée depuis des décennies comme méthode de lutte biologique contre différentes maladies virales, en recourant à des souches virales peu voire avirulentes pour protéger une plante cultivée des dommages causés par des virus apparentés plus virulents — le plus grand succès ayant été rapporté dans les vergers d’agrumes au Brésil, où 90 millions d’orangers ont été protégés contre le virus de la tristeza des agrumes (CTV, Closteroviridae) au cours des 40 dernières années. De même, la prémunition est utilisée avec succès contre le virus de la mosaïque du pepino (PepMV, Alphaflexiviridae) en Europe et au Maroc depuis plus d’une décennie ; on estime qu’elle a permis de sauver entre 463 et 842 kilotonnes de tomates rien qu’en Espagne. Malgré ces succès, le déploiement de la prémunition a été freiné pour un certain nombre de pathosystèmes en raison du manque de connaissances sur les facteurs et les mécanismes moléculaires qui la sous-tendent, rendant la recherche de variants viraux protecteurs principalement empirique et chronophage. ToProtectMe a pour objectif de combler ce manque de connaissances en étudiant les facteurs du virus et de l’hôte impliqués ainsi que les mécanismes moléculaires sous-jacents et ce, en utilisant comme modèle l’un des virus les plus dommageables pour la vigne, le virus du court-noué (GFLV, Secoviridae).
Un paramètre clé de la prémunition, souligné dans toutes les publications ayant trait à ce phénomène, est qu’elle ne fonctionne qu’entre virus proches génétiquement. Étonnamment, le degré de proximité génétique entre virus primaire et virus secondaire (challenger) nécessaire à une protection efficace reste inconnu. Notre premier objectif consiste à répondre à cette question cruciale pour le GFLV en mettant en œuvre des inoculations séquentielles exploitant la diversité des variants connus de ce virus. Cette approche permettra d'évaluer et de prédire (i) l’étendue de la protection conférée par un virus atténué (primaire) et (ii) son niveau de protection contre un variant « challenger ».
Par ailleurs, contrairement à la vaccination, il est généralement admis que la prémunition repose sur la présence du virus protecteur et sur sa colonisation complète de l’hôte. Bien que souvent supposée et généralement considérée comme une condition préalable à une protection réussie, la présence obligatoire du virus primaire et l’étendue de sa colonisation n’ont jamais été expérimentalement démontrés. Notre deuxième objectif est de tester cette hypothèse en combinant hybridation in situ et RT-qPCR.
Enfin, nous étudierons si l'ARN silencing, voie importante de la défense antivirale chez les plantes, est impliqué dans la prémunition vis-à-vis du GFLV à l'aide de lignées déficientes dans certains composants essentiels de la machinerie du siRNA.
Grâce à une lecture approfondie de la littérature scientifique accumulée depuis un siècle sur ce phénomène, nous avons tout d’abord mis en évidence que la prémunition semble être un phénomène universel qui se produit indépendamment du contenu génétique du virus, de son architecture génomique, de son tropisme tissulaire et de son mode de transmission. Elle a ainsi été documentée à ce jour pour 52 virus de plante appartenant à 24 genres et 15 familles. Nous avons ensuite résumé ses principales caractéristiques, puis les avons comparées aux mécanismes sous-jacents proposés afin de mettre en évidence leurs similitudes et leurs divergences, dans le but d'identifier le ou les mécanismes les plus probables. Ces résultats ont récemment été publiés dans Annual Review of Phytopathology (https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-phyto-011325-085729).
Des efforts importants sont déployés pour déterminer le degré de proximité génétique requis entre variants primaire et challenger(s) pour qu'il y ait protection. La détermination précise de ce paramètre devrait nous permettre d’évaluer rapidement l’étendue de la protection offerte par un variant primaire donné du GFLV, une information d’une importance considérable pour les viticulteurs qui ne disposent actuellement d’aucune méthode de lutte contre la maladie du court-noué.
L' ARN silencing, une voie de défense antivirale majeure chez les plantes, est souvent considéré comme le principal mécanisme sous-jacent à la prémunition. Des expériences en cours utilisant des lignées déficientes d'ARN silencing devraient nous permettre de déterminer si ce mécanisme est effectivement impliqué dans la prémunition au sein de ce pathosystème. Cela nous permettra de déterminer s’il convient d’envisager d’autres mécanismes impliquant les voies de défense des plantes ou des interactions entre virus.
La co-infection par des micro-organismes a été établie pour presque toutes les plantes hôtes étudiées. Les connaissances sur leurs interactions restent cependant encore limitées, complexifiées par le nombre élevé de micro-organismes présents au sein d’un seul hôte. Un intérêt particulier est porté depuis un siècle aux interactions antagonistes entre virus génétiquement apparentés. La capacité d'un premier virus à bloquer l'infection ultérieure par un virus apparenté, un phénomène connu sous le nom de prémunition, a conduit à sa mise en œuvre comme méthode de biocontrôle en infectant une plante avec une souche virale hypo-agressive pour protéger l'hôte des dommages causés par des souches apparentées plus agressives. Ce phénomène a été décrit pour de nombreux virus phytopathogènes, quels que soient leur contenu génétique, leur architecture génomique, leur tropisme tissulaire et leur mode de transmission. Cependant, comme pour la plupart des interactions virus-virus, le(s) mécanisme(s) sous-jacent(s) à la prémunition reste(nt) inconnu(s). Ce manque de connaissances continue à entraver le développement de cette méthode qui pourrait réduire l'impact économique de plusieurs virus pathogènes.
Le grapevine fanleaf virus (GFLV) est responsable de la maladie virale la plus grave de la vigne dans le monde, sans qu'il y ait encore de méthode de contrôle efficace au vignoble. En utilisant deux hôtes herbacés modèles, Nicotiana benthamiana et Arabidopsis thaliana, nous examinerons le succès de la prémunition contre le GFLV tout en caractérisant la distribution spatiale intra-hôte et la charge virale des virus primaires et challengers en fonction de l’intervalle de temps entre leurs inoculations et de leurs caractéristiques biologiques (parenté génétique, fitness relative). L'implication de facteurs végétaux et viraux dans ce phénomène sera également examinée. En résumé, ce projet de recherche vise à décrypter le(s) mécanisme(s) sous-jacent(s) à la prémunition vis-à-vis du GFLV.
Coordination du projet
Anne Sicard (Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
SVQV Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Aide de l'ANR 337 600 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2024
- 36 Mois
