Les virus infectant l`abeille Apis mellifera : le point sur leur

revue
Les virus infectant l’abeille Apis mellifera :
le point sur leur classification
V. Olivier
M. Ribière
Afssa Sophia, 105 route des Chappes,
06902 Sophia Antipolis
<v[email protected]>
Résumé.À l’exception du virus filamenteux, tous les virus de l’abeille Apis
mellifera L. identifiés à ce jour sont des petits virus à ARN simple brin positif.
Lors de leur découverte, ils ont été classés comme virus apparentés à la famille
des Picornaviridae, les virus picorna-like. Depuis, le séquençage des génomes
de certains d’entre eux a révélé qu’ils différaient des picornavirus au niveau de
leur organisation génomique. Deux nouveaux taxons ont ainsi été créés : le genre
Iflavirus qui n’est assigné à aucune famille et la famille des Dicistroviridae à
laquelle a été intégré le genre Cripavirus, le seul genre de cette famille. Ces virus
diffèrent des picornavirus par l’ordre de leurs gènes et, dans le cas des dicistro-
virus, par l’organisation de ces gènes en deux phases ouvertes de lecture ayant
chacune leur système de régulation propre. Les analyses phylogénétiques réali-
sées au sein de ces deux taxons révèlent généralement de faibles similitudes
entre virus au niveau nucléique comme au niveau protéique. Cependant, au sein
de chacun des taxons, certains virus présentent de fortes similarités, reflétant une
origine commune probable. Les isolats d’un même virus provenant de diverses
origines présentent des variabilités génétique et protéique qui constituent de
nouveaux exemples du potentiel d’évolution des virus à ARN.
Mots clés :virus ARN, Apis mellifera,Iflavirus,Dicistroviridae, phylogénie
Abstract.With the exception of the filamentous virus, all viruses of the honey
bee (Apis mellifera L.) are single stranded RNA viruses. At the time of their
discovery, they have been classified as picorna-like viruses. Progress in molecu-
lar biology allowed sequencing some of them and revealed they were differed
from picornaviruses. Two new taxons were therefore created: the Iflavirus genus
and the Dicistroviridae family, which includes the genus Cripavirus, the unique
genus of this family. These viruses differ from the picornaviruses at the genomic
level by the order of genes and, in the case of dicistrovirus, by the organization of
these genes in two ORF, each having their own regulation system. The phyloge-
netic analysis of members of both taxons generally shown only few similarities
at the nucleotide and amino-acid level. However, within each taxon, some
viruses show strong similarities, reflecting a probable common origin. Geo-
graphical isolates of the same viruses show genetic and protein variability, which
are new illustrations of the potential evolution of RNA viruses.
Key words:RNA virus, Apis mellifera,Iflavirus,Dicistroviridae, phylogeny
L’abeille domestique (Apis mellifera L.) tient une place
importante dans l’économie mondiale : la production de
miel est estimée à 1 263 000 tonnes par an (http://www.
beekeeping.com/databases/honey-market/world_honey.htm)
et son rôle pollinisateur au niveau de l’agriculture repré-
sente une valeur nette pouvant atteindre, selon certains
auteurs, plusieurs dizaines de milliards de dollars [1]. De
plus, cette abeille a un rôle important au niveau écologique
en participant à la reproduction et au maintien de la diver-
Tirés à part : V. Olivier
Virologie 2006, 10 : 267-78
doi: 10.1684/vir.2006.0002
Virologie, Vol. 10, n° 4, juillet-août 2006 267
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sité de la flore sauvage. Cependant, elle est la cible de
nombreux prédateurs et agents pathogènes dont les atta-
ques peuvent causer des pertes plus ou moins importantes
dans les colonies [2]. Parmi ces agents pathogènes, les
virus, associés ou non à d’autres organismes, seraient res-
ponsables d’affaiblissements de colonies, voire de cas de
mortalité sur tous les continents (tableau 1). Cette réparti-
tion mondiale est probablement due, en partie, aux échan-
ges internationaux d’abeilles [3, 4]. Cependant, les données
sur la répartition des virus de l’abeille et sur leur incidence
restent actuellement incomplètes en raison du manque
d’outils de détection et de l’absence d’équipe de recherche
dans de nombreux pays.
Les caractéristiques structurales et physicochimiques de
ces virus ont été, pour la majorité, bien définies (tableau 2).
Cependant, jusqu’à ces dernières années, peu d’informa-
tions sur leurs caractéristiques moléculaires étaient dispo-
nibles. Le manque d’information sur ces virus résulte en
partie des difficultés liées à leur étude. En effet, puisqu’il
n’existe pas de culture établie de cellules d’abeille, la
production virale ne peut se faire qu’en conditions expéri-
mentales, in vivo sur abeilles. Cet insecte holométabolique,
qui présente différents stades de développement, montre
des biologies différentes en fonction de la caste et des
saisons (métabolisme, comportement, exigences). La per-
sistance sous forme d’infections inapparentes de la majo-
rité des viroses et l’absence de symptôme caractéristique
pour certaines infections rendent le diagnostic clinique
difficile [3]. En outre, leur purification et leur étude sont
complexes car ces virus présentent des caractéristiques
physicochimiques proches (tableau 2) et les abeilles peu-
vent être infectées simultanément par plusieurs d’entre eux
[5].
Cette revue se propose, dans un premier temps, de faire un
bilan des connaissances sur la classification des principaux
virus qui infectent l’abeille domestique en se basant sur les
caractéristiques structurales et physicochimiques des virus.
Dans une deuxième partie seront décrites les caractéristi-
ques moléculaires de certains de ces virus qui ont conduit à
la création de deux nouveaux taxons lors du 8
e
Comité
international de taxonomie des virus (ICTV, International
Committee on Taxonomy of Viruses) : le genre Iflavirus et
la famille des Dicistroviridae à laquelle a été intégré le
genre Cripavirus déjà existant [6, 7]. Enfin, la troisième
partie présentera les études phylogénétiques qui ont été
effectuées sur les génomes des virus d’abeille classés dans
ces deux nouveaux taxons.
Première classification
À l’exception du virus filamenteux (FV, filamentous virus),
virus à génomeADN, tous les virus de l’abeille domestique
identifiés à ce jour sont des petits virus à ARN simple brin
positif et à capside non enveloppée. Parmi ces derniers, le
virus de la paralysie chronique (CBPV, chronic-bee para-
lysis virus) et sa particule associée (CBPSV, chronic bee
paralysis associated satellite virus) ainsi que le virus des
ailes nuageuses (CWV, cloudy wing virus) occupent une
place à part dans la classification des virus d’abeille. Les
autres virus à ARN de l’abeille, au moment de leur décou-
verte dans les années 1960-70, avaient été définis comme
picorna-like du fait de leurs similarités avec les virus mem-
bres d’une des principales familles de virus infectant les
mammifères : la famille des Picornaviridae (petit virus
nus, à ARN, small (pico) RNA virus) [8].
Le virus filamenteux
Découvert en 1977 par Clark chez des abeilles présentant
une hémolymphe d’aspect laiteux [9], le FV reste encore
mal connu. Sa capside, composée de 12 protéines, est
enveloppée et de forme ellipsoïdale (figure 1A et ta-
bleau 2). Son génome est composé d’ADN double brin
[10]. Les connaissances actuelles ne permettent pas de le
classer.
Le virus de la paralysie chronique
et sa particule associée
Le CBPV diffère en de nombreux points des autres virus à
ARN découverts chez l’abeille. Il mesure environ 20 nm de
large pour 30 à 60 nm de long (tableau 2). Il est observé en
microscopie électronique sous différentes formes, le plus
souvent de pseudo-sphériques à ellipsoïdales (figure 1B).
Sa capside serait composée d’une seule protéine de
23,5 kDa [11] et son génome de 5 ARN simple brin posi-
tifs : deux ARN majoritaires (l’ARN 1 d’environ 4 200 ba-
ses et l’ARN 2 d’environ 2 800 bases) et trois ARN mino-
ritaires (les ARN 3a, 3b et 3c, d’environ 1 100 bases
chacun) [12]. Seule une séquence d’environ 500 bases est
actuellement disponible (AF461053), séquence dont la tra-
duction en acides aminés présente des motifs caractéristi-
ques des ARN polymérases ARN-dépendantes [13]. Ce
virus n’est pas encore classé.
Des études ont montré la présence d’une particule virale
associée au CBPV : le CBPSV [14]. Cette particule, de
forme sphérique, mesure environ 17 nm de diamètre (figure
1C,tableau 2). Elle renferme un génome qui serait com-
posé de 3 ARN simple brin positifs d’environ 1 100 bases
chacun. Bien que des ressemblances aient été observées par
empreinte génétique (fingerprint) entre les trois ARN du
CBPSV et les ARN 3a, 3b et 3c du CBPV [12], le CBPV et
le CBPSV seraient sérologiquement différents [14]. Le
CBPSV est classé comme virus satellite et constitue à lui
seul le sous-groupe nommé chronic bee-paralysis associa-
ted satellite virus [8].
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Le virus des ailes nuageuses
Le CWV est un virus à ARN ayant une particule virale
relativement petite par rapport aux autres virus de l’abeille
(17 nm de diamètre) (figure 1C, tableau 2). Peu étudié, lui
non plus n’est pas encore classé.
Les virus de type picorna-like
Dans un premier temps, huit des virus de l’abeille ont été
rapprochés de la famille des Picornaviridae
: le virus de
la paralysie aiguë (ABPV, acute bee paralysis virus), le
virus de la cellule royale noire (BQCV, black queen cell
virus), le virus des ailes déformées (DWV, deformed wing
virus), le virus du Cachemire (KBV, Kashmir bee virus), le
virus du couvain sacciforme (SBV, sacbrood virus), le virus
de la paralysie lente (SBPV, slow bee paralysis virus), le
virus X (BVX, bee virus X) et le virusY (BVY, bee virus Y).
Cette famille comprend neuf genres dont les principaux
représentants sont les genres Enterovirus (Poliovirus),
Aphtovirus (foot-and-mouth disease virus)etHepatovirus
(hepatitis A virus). Outre des virus de mammifères, cette
famille regroupe des virus d’invertébrés et de plantes.
Tableau 1.Les 11 principaux virus de l’abeille : l’historique de leur découverte, les particularités démontrées en infection expérimentale, leur association avec d’autres
agents pathogènes ainsi que l’impact supposé ou démontré de la virose sur la santé des colonies et les symptômes décrits sur les ruchers
Virus Découverte Infection expérimentale Conséquences
a
de la virose
et symptômes
Virus de la paralysie aiguë
(ABPV, acute bee paralysis
virus)
Lors d’études sur le CBPV
(1963). Symptômes de paralysie précoce, mortalités rapides. Participe aux affaiblissements, associé àV. destructor
b
en entraînant des
mortalités d’ouvrières et de couvain, ns.
Virus de la cellule royale
noire (BQCV, black queen
cell virus)
À partir de larves de reines
dans des alvéoles à parois
noires (1977).
Dépendant de N. apis
pour l’infection des adultes. Participerait à des mortalités d’ouvrières, associé à N. apis. Entraînerait
des mortalités de larves de reines, ns.
Virus X de l’abeille
(BVX, bee virus X)Lors de l’étude d’autres virus (1974). Pas de symptôme, raccourcirait la durée de vie
des adultes
Participerait à des mortalités d’ouvrières,
associé à M. mellificae,ns.
Virus Y de l’abeille
(BVY, bee virus Y)À partir d’abeilles mortes en Angleterre (1980). Dépendant de N. apis pour l’infection des adultes. Participerait à des mortalités d’ouvrières, associé à N. apis,ns.
Virus de la paralysie
chronique (CBPV, chronic
bee paralysis virus)
Maladie connue depuis
l’antiquité (Aristote) :
maladie noire ou paralysie
chronique.
Symptômes paralytiques
plusieurs jours avant la mort. Entraîne des mortalités, parfois importantes, d’ouvrières dépilées et
noires avec des symptômes de
tremblements.
Virus des ailes nuageuses
(CWV, cloudy wing virus)À partir d’abeilles aux ailes opaques (1980). Pas de symptôme précis, études sujettes à controverse. Conséquences mal connues. La dissémination du virus serait associée
àV. destructor,ns.
Virus des ailes déformées
(DWV, deformed wing virus)À partir d’abeilles provenant du Japon (1983). Déformations des ailes et du corps des abeilles naissantes. Participe aux affaiblissements, associé àV. destructor
b,c
en entraînant
des mortalités d’ouvrières et
des déformations d’abeilles naissantes.
Virus filamenteux
(FV, filamentous virus)À partir d’hémolymphe laiteuse d’abeilles aux USA
(1977).
Pas de symptôme,
ni mortalité. Conséquences mal connues. Virus considéré comme commun
mais non pathogène, ns.
Virus du Cachemire
(KBV, Kashmir bee virus)À partir d’abeilles Apis cerana provenant
du Cachemire (1974).
Mortalités très rapides
sans symptôme. Participerait aux affaiblissements associé àV. destructor
b
, ns.
Virus du couvain
sacciforme (SBV,
sacbrood virus)
1
er
virus identifié
comme responsable
d’une maladie : le couvain
sacciforme (1917).
Mortalités de larve en forme
de sac. Mortalités de larves en forme de sac (fluide entre le tégument et le corps),
entraînant des affaiblissements
de colonies.
Virus de la paralysie lente
(SBPV, slow bee paralysis
virus)
Lors de l’étude du BVX
(1974). Symptômes de paralysie tardive, suivi de mortalités. Participerait à des mortalités d’ouvrières associé à V. destructor
b
,ns.
V. destructor :Varroa destructor, acarien ectoparasite de l’abeille, agent causal de la varroase. Cette maladie qui entraîne des affaiblissements et des
mortalités de colonies est actuellement la plus répandue et la plus problématique pour l’apiculture. N. apis :Nosema apis, protozoaire se multipliant dans les
cellules de l’intestin de l’abeille, agent causal de la nosémose (diarrhées). Cette maladie est responsable d’affaiblissements et parfois de pertes de colonies
notamment en période hivernale. M. mellificae : Malphigamoeba mellificae, protozoaire se multipliant dans les tubes de Malpighi (appareil excréteur), agent
causal de l’amibiase (diarrhées). Cette maladie est associée à la nosémose ; ns : pas de symptôme connu propre à la virose en conditions naturelles.
a
Virus persistants en infections inapparentes, conséquences sur la santé des colonies lors de viroses cliniques.
b
Vectorisation passive du virus par le parasite.
c
Multiplication du virus dans le parasite qui sert de vecteur et d’hôte.
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Les similarités de ces huit virus d’abeille avec les virus de la
famille des Picornaviridae se retrouvent tant au niveau
structural et physicochimique (tableau 2) qu’au niveau gé-
nomique [15]. En effet, ce sont des petits virus sans enve-
loppe, de diamètre inférieur à 40 nm avec une capside à
symétrie icosaédrique (figure 1, D et E). Cette capside est
composée de trois protéines majoritaires dont le poids mo-
léculaire varie de 24 à 46 kDa, VP1, VP2 et VP3, et parfois
d’une quatrième plus petite d’environ 10 kDa, VP4. Leur
coefficient de sédimentation est compris entre 187 et 151 S
et leur densité en chlorure de césium varie entre 1,34 et
1,37 g/cm
3
. Ils possèdent un génome ARN simple brin
positif monopartite d’environ 10 kb avec une queue polyA
de longueur variable à leur extrémité 3’. Au niveau de la
région 5’, un site interne d’entrée du ribosome (IRES,
internal ribosome entry site) et une protéine VPg d’environ
2,4 kDa ont été rapportés pour certains de ces virus [16].
Nouvelle classification
À la fin des années 1990, l’évolution des techniques de
biologie moléculaire, notamment de clonage et de séquen-
çage, couplée à celle de la bio-informatique, a permis
l’analyse phylogénétique de certains de ces virus type
picorna-like. Les données obtenues ont révélé des organi-
sations génomiques qui, non seulement les différenciaient
des picornavirus mais indiquaient aussi des différences
entre les virus d’abeille, les séparant en deux groupes
distincts. En 2000, une partie d’entre eux a été classée dans
un nouveau genre : le genre Cricket paralysis-like virus qui
a été, dans un premier temps, assigné à la famille des
Picornaviridae. Puis, en 2002, deux nouveaux taxons ont
été créés par l’ICTV : le genre Iflavirus, qui n’est assigné à
aucune famille, et la famille des Dicistroviridae à laquelle a
été intégré le genre Cricket paralysis-like virus rebaptisé à
cette occasion Cripavirus.
Le genre Iflavirus
Le genre Iflavirus comprend sept virus d’arthropodes [3]
(tableau 3). Son virus type est un virus du lépidoptère
Bombyx mori,l’infectious flacherie virus (IFV), duquel le
genre tire son nom. Un virus d’abeille est classé dans ce
genre : le SBV [17]. Deux autres virus d’abeille y sont
également rattachés : le DWV [18] et le virus Kakugo (KV,
Tableau 2.Liste des 12 principaux virus caractérisés chez Apis mellifera avec leurs caractéristiques génomiques, structurales et physicochimiques
Dénomination
internationale Génome Taille (kpb ou kb) Capside Taille (nm) Protéines (kDa) Densité en CsCl Coefficient S
20W
Filamentous virus
(FV) ADN db 20 Ellipsoïdale 450 x 150 13-70
a
1,28 ND
Chronic bee paralysis
virus (CBPV)
ARN sb
4,2 ; 2,8 ;
3×1,1 Non isométrique 20 × 30 à 60 23,5 1,33 80 à 130
Chronic bee paralysis
satellite virus
(CBPSV)
3×1,1
Isométrique 17
(diamètre)
15 1,38 41
Cloudy wing virus
(CWV) 1,4 19 1,38 49
Acute bee paralysis
virus (ABPV) 9,4
Isométrique virus
type picorna-like
30
(diamètre)
24, 33, 35 1,37 160
Black queen cell virus
(BQCV) 8,8 6, 29, 32, 34 1,34 151
Deformed wing virus
(DWV) 10,1 44, 33,26 1,37 165
Kashmir bee virus
(KBV) 9,5 24-47
b
1,37 172
Sacbrood virus (SBV) 8,8 26, 28, 31 1,35 160
Slow bee paralysis
virus (SBPV)
ND
27, 29, 46 1,37 176
Bee virus X (BVX) 35
(diamètre)
52 1,355 187
Bee virus Y (BVY) 50 1,347 187
kpb : kilo paire de bases ; kb : kilo bases ; kDa : kilo Dalton ; Coefficient S
20W
: coefficient de sédimentation ; Densité en CsCl : densité déterminée en gradient
de chlorure de césium ; db : génome double brin ; sb : génome simple brin.
a
Environ 12 protéines.
b
Poids moléculaires et nombres des protéines variables en fonction des isolats étudiés ; ND : non déterminé.
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ACE
BD
Figure 1. Photographies en microscopie électronique des différents types de virus de l’abeille : A) particules de FV. B) particules de CBPV
d’environ 20 nm de large sur 30 à 60 nm de long. C) petites particules virales de 17 nm de diamètre (CWV, CBPSV). D) particules virales
de 30 nm de diamètre (ABPV, BQCV, DWV, KBV, SBV, SBPV). E) particules virales de 35 nm de diamètre (BVX, BVY). Le barre de taille
en bas à droite des photographies représente 100 nm. D’après Allen et Ball [40].
Tableau 3.Virus appartenant au genre Iflavirus et à la famille des Dicistroviridae, genre Cripavirus ou non assignés à la famille des Dicistroviridae. En gras, les virus
de l’abeille Apis mellifera et celui de son parasite Varroa destructor
Famille, Genre Nom Référence
GenBank Hôte naturel
Iflavirus
Virus membres Infectious flacherie virus (IFV) AB000906 Lépidoptère
Perina nuda virus (PnV) AF323747 Lépidoptère
Sacbrood virus (SBV) AF469603 Hyménoptère
Virus non
rattachés Deformed (DWV) AJ489744 Hyménoptère
Ectopis obliqua virus (EOV) NC005092 Hyménoptère
Kakugo virus (KV) AB070959 Hyménoptère
Varroa destructor virus-1 (VDV1) AY251269 Acari
Dicistroviridae
Cripavirus
Virus membres
Aphid lethal paralysis virus (ALPV) AF536531 Hémiptère
Black queen cell virus (BQCV) AF183905 Hyménoptère
Cricket paralysis virus (CrPV) AF218039 Diptère, Hémiptère, Hyménoptère,
Lépidoptère et Orthoptère
Drosophila C virus (DCV) AF014388 Diptère
Plautia stali intestine virus (PSIV) AB006531 Hémiptère
Rhopalosiphum padi virus (RhPV) AF022937 Hémiptère
Himetobi P virus (HiPV) AB017037 Hémiptère
Triatoma virus (TrV) AF178440 Hémiptère
Virus non
assignés
Acute bee paralysis virus (ABPV) AF150629 Hyménoptère
Kashmir bee virus (KBV) AY275710 Hyménoptère
Taura syndrome virus (TSV) AF277675 Décapode
Solenopsis invicta virus (SIV) AY831776 Hyménoptère
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