ALLOCATION DOCTORALE 2016 INTITULE DU SUJET DE THESE Diversité et dynamique des communautés virales au sein des interfaces agroécologiques - Le modèle épidémiologique des mastrévirus des poacées CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE Les données récentes de la métagénomique suggèrent que la grande majorité des virus caractérisés sur les cultures ne représentent qu’une faible fraction des virus infectant les plantes en général (Malmstrom et al., 2011 ; Alexander et al., 2014). Le manque d'exhaustivité des études actuelles sur la diversité des populations virales s’explique à la fois par le fait que la majorité des travaux de recherche s’est focalisée sur les maladies des plantes cultivées et également par les difficultés à identifier les éventuels symptômes associés à l'infection de plantes sauvages par des virus. En effet, les virus ayant longuement co-évolués avec leurs plantes hôtes, provoquent très rarement des maladies dommageables dans leurs écosystèmes naturels (Jones, 2009). Par ailleurs, dans ces systèmes écologiques non perturbés par l'activité humaine, on considère que les interactions entre les virus-vecteurs-plantes hôtes sont évolutivement anciennes et stables (Malmstrom et al., 2011). Cependant, du fait des perturbations environnementales associées à l'agriculture moderne, les équilibres virus-plantes hôtes sont souvent fortement perturbés, entrainant de nouvelles interactions virus-vecteur-hôte-environnement, qui peuvent provoquer l'apparition de maladies qualifiées d'émergentes (Fargette et al., 2006 ; Lefeuvre and Moriones, 2015). En outre, ces phénomènes sont exacerbés par les activités humaines qui favorisent la proximité et la promiscuité entre les écosystèmes naturels et cultivés au sein « d’interfaces agroécologiques » composées de plantes cultivées, d’adventices des systèmes de cultures et de plantes non cultivées exotiques, indigènes ou endémiques (Alexander et al., 2014). On estime aujourd'hui que la plupart de ces virus émergents sont les « descendants » de lignées virales présentes dans des plantes « sauvages », dont certains variants se seraient adaptés aux plantes cultivées, d’où l’importance d’étudier les communautés de virus dans leur ensemble (Jones, 2009). Outre nos lacunes sur la diversité des populations virales naturelles, leurs répartitions géographiques, leurs liens phylogénétiques avec les populations virales décrites sur les plantes cultivées et leurs pathogénicités, les données actuelles soulignent le manque de connaissances fondamentales sur la dynamique des communautés virales à l’échelle des écosystèmes, l’écologie évolutive des virus en général et leur capacité́ à changer d'hôte en particulier (Alexander et al., 2014 ; Malmstrom et al., 2015). Même si la majorité des familles virales chez les plantes possède un génome à ARN, les virus de la famille des Geminiviridae (génome à ADN) sont responsables de nombreuses maladies émergentes à travers le monde et sur un grand nombre de cultures vivrières (manioc, maïs), maraîchères (tomate, haricot) et économiques (canne à sucre, coton, blé). En raison de leur impact majeur sur le rendement de nombreuses cultures et de leur relative facilité à être manipulé au laboratoire, l’intérêt pour les virus de la famille des Geminiviridae en tant que modèle de l'émergence virale, n’a cessé de croitre ces dernières années. Les genres Begomovirus et Mastrevirus sont ceux qui comportent le plus grand nombre d’espèces décrites (Varsani et al., 2014). Néanmoins, les données disponibles actuellement argumentent l’hypothèse d’une importante diversité virale encore non décrite (Varsani et al., 2014 ; Lefeuvre et al., 2007). Ce biais dans la connaissance de leur diversité et de leur niche biologique (gamme de plantes hôtes), ainsi que le caractère émergent de ces virus, en font un modèle d’étude pertinent pour l’élargissement des connaissances sur la dynamique et l’écologie évolutive des virus à l’échelle de l’ensemble des écosystèmes (naturels et cultivés) et des interfaces agro-écologiques. Allocation Doctorale Cirad - UMR PVBMT - 2016 1 RESUME DU TRAVAIL PROPOSE Les recherches actuelles suggèrent que les principaux facteurs épidémiologiques associés à l’émergence de ces maladies à géminivirus en Afrique et dans les îles du sud-ouest de l’océan Indien (SOOI) sont (i) les invasions biologiques avec l’introduction de plantes exotiques, sensibles aux géminivirus, dans l’aire d’origine des agents pathogènes (saut d’hôte) (Rey et al., 2012) et (ii) de populations d’insectes vecteurs avec une gamme de plantes hôtes plus large capable d'étendre la niche originelle des espèces virales (Thierry et al., 2011). Les travaux récents de caractérisation moléculaire des mastrévirus des poacées cultivées et non cultivées en Afrique et dans les îles SOOI, menés par les différentes équipes partenaires de ce projet, suggèrent l’existence à la fois d’une importante diversité virale encore mal décrite et d’une large gamme de plantes hôtes réservoirs ou alternatives. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous allons étudier la diversité, la structure et les degrés de spécialisation des communautés de mastrévirus présent dans les écosystèmes cultivés et naturels et au niveau des interfaces agro-écologiques, ainsi que les flux d’information génétique entre ces différents compartiments. Cette activitée sera basée sur trois approches complémentaires. (1) Une approche de métagénomique ciblée basée sur une nouvelle stratégie d’amplification des acides nucléiques viraux, de marquage et de séquençage à haut débit (RCA-RA-SGS), complétée par une stratégie classique de clonage et de séquençage Sanger des génomes complets des principaux représentants des différentes espèces virales. (2) Une approche expérimentale basée sur la construction de clones agroinfectieux qui permettront d’étudier leurs principaux traits biologiques (gamme d’hôte, virulence, taux de transmission, abondance intra-plante), et d’évaluer leur potentiel évolutif en conditions contrôlées. Enfin, (3) une approche inférentielle qui permettra d’étudier la phylogéographie des mastrévirus africains, d’inférer leurs principales routes de dissémination et d’analyser la nature et la dynamique des réseaux d’interactions virus-virus et virus-plante. LISTE DES PUBLICATIONS SIGNIFICATIVES DE L’EQUIPE D’ACCUEIL Lefeuvre P and E. Moriones (2015) Recombination as a motor of host switches and virus emergence: geminiviruses as case studies. Current Opinion in Virology,10:14-9. [IF : 6,06] Becker N., Rimbaud L., Chiroleu F., Reynaud B., Thébaud G. and J.-M. Lett. Rapid accumulation and low degradation: key parameters of Tomato yellow leaf curl virus persistence in its insect vector Bemisia tabaci. Scientific Reports of Nature, 5, 17696. [IF : 5,58] Péréfarres F., Thébaud G., Lefeuvre P., Chiroleu F., Rimbaud L., Hoareau, M., Reynaud, B. and J.-M. Lett (2014). Frequency-dependent assistance as a way out of competitive exclusion between two strains of an emerging virus. Proceedings of the Royal Society B, 281, 20133374. [IF : 5,68] De Bruyn A., Villemot J., Lefeuvre P., Villar E., Hoareau M., Harimalala M., Abdoul-Karime A., Abdou-Chakour C., Reynaud B., Harkins G.W., Varsani A., Martin D.P. and J.-M. Lett (2012). East African cassava mosaic-like viruses from Africa to Indian Ocean Islands: molecular diversity, evolutionary history and geographical dissemination of a bipartite begomovirus. BMC Evolutionary Biology 12:228. [IF : 3,29] Martin D.P., P. Lefeuvre, M. Hoareau, J.Y. Semegnia, B. Dijoux, C. Vincent, B. Reynaud, A. Varsani, and J.M. Lett (2011). Complex recombination patterns arising during geminivirus coinfections both preserve and demarcate biologically important intra-genome interaction networks. PLoS Pathogens 7(9): e1002203. doi:10.1371/journal.ppat.1002203. [IF : 8,14] Lefeuvre P., Martin D.P., Harkins G., Lemey P., Gray A.J.A., Meredith S., Lakay F., Monjane A., Lett J.-M., Varsani A. and J. Heydarnejad (2010). The spread of Tomato yellow leaf curl virus from the Middle East to the world, PLoS Pathogens 6(10), e1001164. [IF : 8,14] ECOLE DOCTORALE D’INSCRIPTION Ecole Doctorale Sciences, Technologies et Santé de l’Université de La Réunion ([email protected]) Allocation Doctorale Cirad - UMR PVBMT - 2016 2 DIRECTEUR DE THESE CIRAD Dr HDR Jean-Michel LETT (UMR PVBMT) Pôle de Protection des Plantes, 7 chemin de l’IRAT, 97410 Saint-Pierre, La Réunion Email : [email protected] (A contacter pour tous renseignements) ENCADRANT PRINCIPAL CIRAD Dr Pierre LEFEUVRE (UMR PVBMT) Pôle de Protection des Plantes, 7 chemin de l’IRAT, 97410 Saint-Pierre, La Réunion Email : [email protected] (A contacter pour tous renseignements) MODALITES D’ACCUEIL AU CIRAD La thèse sera réalisée dans le cadre d’un accueil dans l’équipe 1 « Génomique et épidémiologie des agents pathogènes émergents » de l’UMR PVBMT CIRAD-Université de La Réunion sur la plateforme biotechnologique du Pôle de Protection des Plantes (3P) à La Réunion. FINANCEMENTS ET DUREE DE LA BOURSE - L’allocation de recherche est assurée par un cofinancement (50/50) Fondation Agropolis (projet Etendard e-SPACE - Plant Epidemiosurveillance, 2015-2019) et CIRAD (2016-2019). - Le ou la futur(e) doctorant(e) bénéficiera d’un CDD Allocataire de recherche de 36 mois du CIRAD. - La thèse débutera le 1er octobre voir 1er novembre 2016 pour une durée de trois ans. FINANCEMENT DU FONCTIONNEMENT DE LA THESE - Projet Etendard e-SPACE - Plant Epidemiosurveillance (Fondation Agropolis, 2015-2019) - Projet Biologie et Santé du Végétal BSV1 (FEDER-UE, 2015-2020) COMPOSITION PREVISIONNELLE DU COMITE DE THESE (Par ordre alphabétique) - Dr Frédéric Chiroleu, Chercheur CIRAD-UMR PVBMT, Saint-Pierre (Biométricien ; [email protected]) - Dr Denis Filloux, Chercheur CIRAD-UMR BGPI, Montpellier (Bioanalyste ; [email protected]) - Dr Pierre Lefeuvre, Chercheur CIRAD-UMR PVBMT, Saint-Pierre (Bioanalyste ; [email protected]) - Dr HDR Jean-Michel Lett, Chercheur CIRAD-UMR PVBMT, Saint-Pierre (Phytovirologue ; [email protected]) - Dr Frédéric Mahé, Chercheur CIRAD-UMR LSTM, Montpellier (Bioanalyste des données de métagénomique ; [email protected]) - Dr Philippe Roumagnac, Chercheur CIRAD-UMR BGPI, Montpellier (Phytopathologiste ; [email protected]) - Dr HDR Emmanuel Jacquot, (DR, INRA, UMR BGPI, Montpellier ; [email protected]) - Dr Gaël Thébaud (CR, INRA, UMR BGPI, Montpellier; [email protected]), Equipe ‘Epidémiologie végétale et vection’ PARTENARIAT Dr Darren Martin (Institute of Infectious Disease and Molecular Medicine, Cape Town, ZA) (Séjour d’un mois - Analyse bioinformatique) Dr Gordon Harkins (South African National Bioinformatics Institute, University of the Western Cape, Cape Town, ZA) Dr Arvind Varsani (Arizona State University, Phoenix, USA). Allocation Doctorale Cirad - UMR PVBMT - 2016 3 ETUDIANT Nous recherchons un(e) étudiant(e) très motivé(e), fortement intéressé(e) par la bioinformatique, la biologie évolutive, l’écologie et la virologie. Une expérience en biologie moléculaire et dans l'analyse des données NGS est souhaitable. Pour candidater, envoyez un CV accompagné de vos bulletins de notes de licence et master, une lettre de motivation ainsi que les noms et e-mail de 3 référents. La date limite est le lundi 20 juin 2016. Les candidats présélectionnés seront contactés et auditionnés par Skype le mercredi 22 juin 2016. Allocation Doctorale Cirad - UMR PVBMT - 2016 4