Projet de Stage M2 Maîtres de stage : Stéphane Blanc ([email protected]) Anne Sicard ([email protected]) Equipe VIP UMR BGPI, INRA-CIRAD-SupAgro, Ta-A54/K, Campus International de Baillarguet 34398 Montpellier cedex 05 «Adaptation d’un virus multipartite à son hôte » Contexte Les virus multipartites présentent une architecture génomique aussi fascinante que complexe. En effet, leur génome est divisé en plusieurs molécules d’acide nucléique (ou segments génomiques), chacune encapsidée individuellement. La complexité de cette organisation du génome pose un très grand nombre de questions, à la fois sur le fonctionnement d’un tel système biologique, et sur les avantages qu’il peut conférer. Le Faba bean necrotic stunt virus (FBNSV) est un virus multipartite composé de huit segments, chaque segment codant pour une seule protéine. L’étude de l’infection de plante hôte (fève : Vicia faba) par ce virus a démontré que chacun des huit segments s’accumule avec une fréquence relative spécifique, certains segments étant très fréquents tandis que d’autres sont rares. Plusieurs séries d’inoculation indépendantes aboutissent toujours à la même situation, et nous avons dénommé ce pattern reproductible de la fréquence relative des segments la « formule génomique ». Les virus multipartites semblent ainsi avoir la capacité de contrôler de manière différentielle l’accumulation de chaque segment. La formule génomique est constante dans la fève, que le FBNSV soit inoculé artificiellement par agro-inoculation, ou plus naturellement par des pucerons vecteurs. En revanche, l’observation des fréquences des différents segments au sein d’un autre hôte, Medicago truncatula, a révélé une formule génomique complétement différente. Certains segments peu fréquents chez Vicia faba sont présents en fréquence élevée au sein de Medicago truncatula et inversement. Le clone utilisé lors de cette étude ayant été isolé puis maintenu pendant trois ans sur Vicia faba, il y est considéré comme particulièrement adapté. Par contre, l’inoculation à des plants de Medicago truncatula constitue un changement d’environnement auquel notre isolat de FBNSV n’est pas adapté. Les différentes formules génomiques chez ces deux plantes hôtes pourraient ainsi s’expliquer par deux scénarios différents: - - La formule génomique montre une plasticité phénotypique permettant immédiatement de modifier la fréquence relative des différents segments pour s’adapter à un nouvel environnement (ici un nouvel hôte). Dans ce scenario, l’adaptation s’opère sans modification génétique. La formule génomique observée dans Medicago truncatula est aberrante car le FBNSV n’y est pas adapté, et après plusieurs générations dans ce nouvel hôte, le virus ajustera sa formule de manière optimale au fil de l’accumulation de mutations adaptatives. Dans le deuxième cas, on peut penser que le FBNSV requiert davantage de temps pour s’adapter à Medicago et ajuster les fréquences pour fonctionner de manière optimale chez cet hôte. Si tel est le cas, on s’attend à voir la formule génomique, initialement observée dans Medicago, changer au cours du temps. Par ailleurs, on s’attend à ce que la valeur sélective du virus augmente durant cette évolution, autant de paramètres qui sont aisément analysables. Objectifs du stage L’objectif principal du stage est de déterminer si la formule génomique d’un virus multipartite est un paramètre qui peut évoluer et si cette évolution est adaptative. Pour cela, huit lignées du FBNSV seront établies et maintenues en parallèles dans l’hôte Medicago truncatula, par passages successifs par pucerons vecteurs. La fréquence des segments, la charge virale et le taux de transmission seront mesurées au fil de ces passages pour chacune des lignées. La mesure des fréquences des segments permettra de suivre l’évolution de la formule génomique, et la mesure de la charge virale et du taux de transmission permettra de suivre l’évolution de la valeur sélective. Par ailleurs, un séquençage des différentes lignées est prévu après 5 et 10 passages successifs afin de vérifier si des mutations sont apparues et ont été fixées dans les populations virales correspondantes. Si tel est le cas, nous regarderons si certaines mutations sont apparues indépendamment au sein de plusieurs voire de toutes les lignées, ce qui serait une signature de leur caractère adaptatif. L’ensemble de ces expériences nous permettra de voir si une même évolution de la formule génomique se produit dans plusieurs lignées en parallèle, si cette évolution s’accompagne d’une évolution de la valeur sélective, et d’identifier les mutations qui sont à la base de ces changements. Si tel était le cas, le FBNSV évolué chez M.truncatula pourrait alors être (retro)testé chez l’hôte « initial » : V. faba. Méthodologie : -Semis, rempotage de plantes -Transmission du FBNSV par insectes vecteurs -Extraction de l’ADN viral -qPCR pour déterminer la formule génomique et la charge virale -Séquençage des lignées parallèles du FBNSV pour identifier des mutations adaptatives Références : Sicard A., Yvon M., Timchenko T., Gronenborn B., Michalakis Y., Gutierrez S. & Blanc S. (2013). Gene copy number is differentially regulated in a multipartite virus, Nature communications.