Diversité et écologie des virus associés aux arthropodes : des communautés aux génomes

Diversity and ecology of arthropod associated viruses : from communities to genomes

• Auteur / Autrice : Sarah François
• Direction : Mylène Ogliastro, Rémy Froissart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie de la santé
• Date : Soutenance le 28/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité, génomes et interactions microorganismes-insectes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Candresse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mylène Ogliastro, Rémy Froissart, Christelle Desnues, Jean-Christophe Simon, Louis Lambrechts
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christelle Desnues, Jean-Christophe Simon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie

Arthropodes

Métagénomique

Virus

Mots clés libres

Virus

Métagénomique

Arthropodes

Diversité

Evolution

Ecologie

Virus

Metagenomics

Arthropods

Diversity

Evolution

Ecology

Résumé

Les nouvelles technologies de séquençage des génomes ont permis de révéler l’extraordinaire diversité des séquences virales dans des groupes d’hôtes jusque-là largement inexplorés. Ainsi, notre connaissance des virus d’arthropodes, infectant les animaux les plus diversifiés et abondants sur Terre, était jusque-là essentiellement réduite à des espèces d’intérêt économique et médical. Les nouvelles données de diversité virale chez les arthropodes illustrent le besoin d’étendre l’inventaire viral à l’échelle de l’écosystème et d’inclure les virus comme une composante essentielle de leur fonctionnement et de leur évolution.Dans ces travaux de thèse, j’ai développé et appliqué deux approches d’étude de la diversité virale chez des arthropodes, ainsi que de la circulation des virus dans des écosystèmes, en me focalisant sur des espèces d’intérêt agronomique : i) une approche virus-centrée par fouille de bases de données nucléotidiques, en recherchant la présence d’un groupe de petits virus à ADN inféodés aux arthropodes, les densovirus ii) une approche arthropode-centrée, utilisant une méthode séquençage haut débit de génomes viraux (métagénomique virale) pour analyser des communautés virales associées à des arthropodes de différents niveaux trophiques échantillonnés dans des agroécosystèmes.Mes résultats ont permis de :(i) Mettre en évidence que les densovirus sont largement présents dans l’ensemble du règne animal - notamment chez une grande diversité d’arthropodes - et qu’ils sont très diversifiés génétiquement, ce qui a permis de mieux appréhender histoire évolutive de ce groupe de virus ;(ii) Découvrir de nouveaux virus chez certains ravageurs de cultures : le tétranyque tisserand (Tetranychus urticae, Acarien) provenant de populations de laboratoires, ainsi que le puceron vert du pois (Acyrthosiphon pisum, Hémiptère), le phytonome de la luzerne (Hypera postica, Coléoptère) et l’armigère de la tomate (Helicoverpa armigera, Lépidoptère) provenant de populations naturelles échantillonnées dans des cultures de luzerne et des prairies. Ces études ont permis de mettre en évidence la présence de viromes spécifiques de chaque espèce d’arthropode et de caractériser la distribution de certains virus dans des communautés d’arthropodes d’un même écosystème. Plus de 60 nouvelles espèces de virus d’arthropodes et de plantes ont été découvertes. Leurs liens évolutifs avec des espèces de virus connues ont été caractérisés par des analyses phylogénétiques.(iii) Enfin, les travaux menés en (ii) ont également permis d’optimiser la méthodologie permettant d’obtenir et d’analyser des viromes obtenus à partir d’échantillons multiplexés, optimisant notamment l’étape d’attribution taxonomique des séquences obtenues par séquençage à haut débit, réduisant ainsi leur proportion en « matière noire » inhérente aux analyses des viromes.

High throughput sequencing technologies have revealed the extraordinary diversity of viral sequences in hitherto largely unexplored host groups. Thus, our knowledge about arthropod viruses, infecting the most diverse and abundant animals on Earth, was hitherto essentially reduced to species of economical and medical interest. New data on viral diversity in arthropods illustrate the need to expand viral inventory at the scale of the ecosystem and to include viruses as an essential component of their functioning and their evolution.In my thesis, I developed and applied two approaches to study the diversity of viruses in arthropods and how virus circulate in ecosystems, focusing on species of agronomic interest: (i) a virus-centered approach by exploring nucleotidic sequence databases, searching for the presence of a group of small DNA viruses infecting arthropods, the densoviruses (ii) an arthropod-centered approach at the scale of the ecosystem, using a viral metagenomic method to analyze viral communities associated with arthropods from different trophic levels from the same agroecosystems.My results showed that:(i) Densoviruses are spread throughout the animal kingdom - particularly in a wide diversity of arthropods - and are highly diverse genetically, which led to a better understanding of the evolutionary history of this group of viruses;(ii) A number of new viruses can be described in pests: the spider mite (Tetranychus urticae, Acari) from laboratory populations, as well as the green pea aphid (Acyrthosiphon pisum, Hemiptera), the alfalfa weevil (Hypera postica, Coleoptera) and the cotton bollworm (Helicoverpa armigera, Lepidoptera) from natural populations sampled from alfalfa crops and grasslands. These studies also highlighted that specific viromes are associated with each pest species, and I characterized the distribution of some of these viruses in arthropod communities. In total, more than 60 new species of arthropod and plant viruses were discovered. Their evolutionary links with known virus species was characterized by phylogenetic analyzes.(iii) The work realized in (ii) also contributed to optimize a methodology to prepare and analyze viromes from multiplexed samples, that is particularly suitable to optimize the taxonomic allocation of sequences and thus reduce the ''dark matter'' that is inherent to viral metagenomics analyses.