Fonction de la protéine VPS4 dans la sensibilité et la résistance au Watermelon mosaic virus (Potyvirus) chez le melon

Function of the VPS4 protein in susceptibility and resistance to Watermelon mosaic virus (Potyvirus) in melons

• Auteur / Autrice : Aimeric Agaoua
• Direction : Catherine Dogimont, Frédéric Moquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Agronomiques
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et amélioration des fruits et légumes
• Jury : Président / Présidente : Cécile Desbiez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelhafid Bendahmane
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Robaglia, Sylvie German-Retana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines virales

Malformations

Endosomes

Potyvirus

Résistance aux virus

Melon

Mots clés libres

Wmv

Potyvirus

Résistance

Melon

Vps4

Wmv

Potyvirus

Resistance

Melon

Vps4

Résumé

Les Cucurbitaceae sont une famille de plantes représentée par une grande diversité d’espèces et cultivées dans toutes les régions du monde. Le melon, qui appartient à cette famille et au genre Cucumis, est particulièrement sensible aux Potyvirus, vis-à-vis desquels aucun allèle du facteur d’initiation de la traduction eIF4e n’a permis d’induire de résistance. Chez le concombre, une Cucurbitaceae du genre Cucumis, Amano et al. (2013) ont identifié un allèle du gène codant pour la protéine VPS4 (Vacuolar protein sorting protein 4), impliqué dans la résistance au Potyvirus Zuchini yellow mosaic virus (ZYMV). Dans la cellule, la protéine VPS4 appartient au complexe ESCRT (Endosomal sorting complexes required for transport) et est impliquée dans la déformation des membranes au niveau des endosomes pour former les corps multivésiculaires (MVBs). L’ESCRT est fortement conservée chez tous les organismes eucaryotes et bien décrite chez les levures et les mammifères. L’utilisation des membranes cellulaires par les virus à ARNsb(+) par le biais de l’ESCRT et de VPS4 est largement décrite pour les virus infectant les animaux, notamment pour les virus du papillome humain (VPH) et de l’immunodéficience humaine (VIH) . Ces dernières années, le rôle majeur du transport vésiculaire dans l'infection virale a également été mis en évidence chez les plantes. Les virus à ARNsb+ forment des vésicules et des quasi-organites, en intégrant les complexes de réplication virales (VRCs) et tous les éléments nécessaires à la réplication de l'ARN viral et à la traduction des protéines virales .Cette thèse se concentre sur deux aspects : (1) la caractérisation d’allèles du gène Vps4 impliqués dans la résistance récessive au Potyvirus Watermelon mosaic virus (WMV) chez le melon (2) et l’étude du rôle de l’ESCRT dans la formation des vésicules virales chez les Potyvirus. Dans le premier objectif, j’ai montré qu’une mutation ponctuelle sur le gène codant pour la protéine VPS4 induit la résistance au WMV chez l’accession de melon TGR-1551. Pour cela, j’ai utilisé un virus transformé avec l’allèle sauvage pour infecter l’accession TGR-1551. Cela a permis d’observer la restauration de la sensibilité chez l’accession résistante. De plus, l’ensemble des accessions portant cet allèle sont également résistantes au WMV. Ces résultats représentent la première caractérisation des bases moléculaires d’une résistance au WMV chez le melon. Associés aux résultats de Amano et al., (2013), ces travaux contribuent à l’identification d’un gène de résistance à plusieurs Potyvirus. Dans le second objectif, j’ai montré l’implication de l’ESCRT dans la réplication des Potyvirus. Par une approche de double hybride associé aux protéines transmembranaires, nous avons montré l’interaction de la protéine virale 6K2 avec les protéines CmVPS28, CmVPS2, CmVPS24 et CmVPS4 du melon. De plus, nous avons localisé l’interaction 6K2/VPS4 au niveau des vésicules virales dans la cellule de plante. L’ESCRT ayant été caractérisée uniquement au niveau des MVBs, la présence de VPS4 au niveau des vésicules virales, en particulier au niveau des chloroplastes, implique le détournement de l’ensemble du mécanisme ESCRT par le virus. Pris ensemble, ces travaux contribuent à une meilleure compréhension du mécanisme de formation des vésicules virales au cours d’une infection d’une cellule de plante par un Potyvirus. Ils offrent également l’opportunité d’identifier de nouveaux allèles apportant une résistance aux Potyvirus afin de développer de nouvelles variétés résistantes.

Cucurbitaceae are a family of plants represented by a great diversity of species and cultivated crops all around the world. Within this family and in the genus Cucumis, the melon is particularly susceptible to Potyviruses, against which no allele of the translation initiation factor eIF4e gene has been able to induce a resistance. In cucumber, also a Cucurbitaceae in the genus Cucumis, Amano et al. (2013) identified an allele of the gene encoding for the VPS4 protein, which is involved in the resistance to the Potyvirus Zuchini yellow mosaic virus (ZYMV). In the cell, the VPS4 protein belong to the ESCRT complex (Endosomal sorting complexes required for transport) and is involved in the membrane deformation at the endosome level to create multivesicular bodies (MVBs). The ESCRT complex is highly conserved in all eukaryotic organisms and well described in yeasts and mammals. The use of cell membranes by ssRNA(+) viruses through ESCRT and VPS4 has been widely described for viruses infecting animals, including Human Papillomavirus (HPV) and Human Immunodeficiency (HIV) viruses. In recent years, the major role of vesicular transport in viral infection has also been demonstrated in plants. ssRNA(+) viruses form vesicles and quasi-organelles using cell endomembrane, integrating viral replication complexes (VRCs) and all the elements necessary for the replication of viral RNA and for the translation of viral proteins.This thesis focuses on two aspects: (1) the characterization of alleles of the Vps4 gene involved in melon in a recessive resistance to the Potyvirus Watermelon mosic virus (WMV) (2) and the study of the ESCRT involvement in the formation of viral vesicles in Potyvirus.In the first objective, I demonstrated that a point mutation in the gene encoding the VPS4 protein induces resistance to WMV in the melon accession TGR-1551. For this, I used a virus transformed with the wild type allele of Vps4 to infect the TGR-1551 accession. This allowed us to observe the restoration of the susceptibility in the resistant accession. In addition, all accessions from the natural diversity carrying this allele are also resistant to WMV. These results represent the first characterization of the molecular basis of resistance to WMV in melon. Combined with the results of Amano et al. (2013), this work is part of the identification of a gene for resistance to several Potyviruses.In the second objective, I demonstrated the involvement of ESCRT in the replication of Potyviruses. Using a yeast two-hybrid approach adapted to transmembrane proteins, we showed the interaction of the viral protein 6K2 with the CmVPS28, CmVPS2, CmVPS24 and CmVPS4 melon proteins. In addition, we localized the 6K2 / VPS4 interaction at the viral vesicle level in the plant cell. Since ESCRT has been characterized only at the level of MVBs, the presence of VPS4 at the level of viral vesicles, especially at the level of chloroplasts, implies the hijack of the entire ESCRT mechanism by the virus.Taken together, this work provides a better understanding of the viral vesicle formation mechanism during infection of a plant cell by a Potyvirus. It also offers the opportunity to identify new alleles providing resistance to Potyviruses in order to develop new resistant varieties.