Caractérisation de déterminants biologiques et moléculaires de l’invasion d’un recombinant du Tomato yellow leaf curl virus sur des tomates résistantes Ty-1

Characterization of molecular and biological determinants of the invasion of tomato yellow leaf curl virus recombinants in Ty-1 resistant tomato plants

• Auteur / Autrice : Margaux Jammes
• Direction : Michel Peterschmitt, Cica Urbino, Mikhail Pooggin, Clémence Plissonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Soutenance le 14/03/2023
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plant Health Institute (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Jacquot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Peterschmitt, Cica Urbino, Mikhail Pooggin, Clémence Plissonneau, Emmanuel Jacquot, Cécile Desbiez, Emanuela Noris
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Desbiez, Emanuela Noris

Mots clés

Mots clés libres

Emergence

Valeur sélective

Contournement de résistance

Recombinaison virale

Interférence ARN

Emergence

Fitness

Resistance breakdown

Viral recombination

RNA interference

Résumé

La maladie du tomato yellow leaf curl (tylc) est l'une des maladies virales les plus dévastatrice des cultures de tomates. Elle est causée par un complexe d'espèces virales du genre Begomovirus (famille Geminiviridae). Ce sont des virus à ADN simple brin circulaire, très recombinogène et transmis par l'aleurode Bemisia tabaci. Le virus le plus répandu de ce complexe est le Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). Dans le bassin méditerranéen, le Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV) est l'autre espèce associée au tylc. Pour lutter contre la maladie, l'utilisation de variétés résistantes est la solution la plus répandue. Les variétés portant le gène Ty-1 sont les plus utilisées et ont largement remplacé les variétés sensibles. Les tomates Ty-1 ne présentent aucun symptôme et l'accumulation virale y est environ dix fois plus faible que dans des plantes sensibles. Mais en 2010, dans le Souss, au Sud du Maroc, des symptômes de tylc ont été détectés sur les variétés Ty-1, et l'analyse de ces plantes a révélé la présence d'un nouveau recombinant entre TYLCV-IL et TYLCSV appelé TYLCV-IS76. Son nom est inspiré du fragment de 76 nucléotides hérité du parent TYLCSV dans la région intergénique. Ce recombinant a quasiment remplacé les virus parentaux dans le Souss et s'est propagé vers le Nord du Maroc. Son émergence coïncide avec le remplacement des variétés sensibles par des variété Ty-1. Son pouvoir invasif a pu être expérimentalement expliqué en montrant que dans des plantes Ty-1, TYLCV-IS76 s'accumule plus que les parents et qu'il affecte lourdement l'accumulation du TYLCV-IL. L'objectif de cette thèse est d'une part d'affiner le scénario d'émergence de TYLCV-IS76 et d'autre part de comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent son exceptionnelle compétitivité.La compétitivité de TYLCV-IS76 a été testé dans des conditions contrôlées permettant de simuler des situations naturelles. Ainsi, le TYLCV-IS76 a été coinoculé avec ses virus parentaux dans des plantes d'âges différents, ou surinoculé après les virus parentaux, dans des plantes ou d'autres recombinant TYLCV/TYLCSV ont pu se former. La compétitivité de TYLCV-IS76 n'est pas altéré par l'âge de la plante, ni par la présence des virus parentaux ou des autres recombinants avant son arrivée dans la plante. En testant la dynamique de surinfection avec d'autres clones viraux, nous avons montré pour la première fois un phénomène de prémunition chez le TYLCV, et de là, que TYLCV-IS76 est un cas particulier capable de la contourner. Enfin, nous n'avons détecté aucun avantage de TYLCV-IS76 au niveau de la transmission vectorielle. Ty-1 code pour une RNA-polymérase RNA-dépendante (RDRγ) impliquée dans l'amplification du gene silencing. Etant donné que l'avantage sélectif de TYLCV-IS76 se manifeste surtout sur plante résistante et pas sur plante isogénique sensible, l'avantage est lié à l'action du gène Ty-1. Cependant, en absence d'un scénario crédible de « gene silencing », nous avons adopté une approche sans a priori de séquençage à haut débit de transcrits et de petits ARNs. Nous avons pu montrer que Ty-1 permettait la formation d'un plus grand nombre de siRNA et que TYLCV-IS76 avait une meilleure transcription des gènes de la protéine de capside et d'un suppresseur de silencing. Dans les plantes coinfectées par TYLCV-IL et TYLCV-IS76, le recombinant est plus compétitif pour la machinerie de réplication et de transcription. La réplication et la transcription de TYLCV-IL en seraient altérées. L'impact négatif d'une production augmentée de siRNA par Ty-1 cibleraient donc préférentiellement TYLCV-IL, expliquant la baisse drastique de son accumulation en présence de TYLCV-IS76. L'analyse transcriptomique des gènes des plantes résistantes et sensibles infectées par TYLCV-IL ou TYLCV-IS76 confirme que le gène Ty-1 est surexprimé dans les plantes résistantes et que cette résistance est mise en place de manière précoce dans les plantes.

Tomato yellow leaf curl disease (TYLCD) is one of the most devastating viral diseases of tomato crops. It is caused by a complex of virus species of the genus Begomovirus (family Geminiviridae). Begomovirus are single-stranded circular DNA viruses, highly recombinogenic and transmitted by the whitefly Bemisia tabaci. The most widespread virus of this complex is the Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). In the Mediterranean basin, Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV) is the other species associated with TYLCD. To control the disease, the use of resistant varieties is the most common solution. Varieties carrying the Ty-1 gene are the most widely used and have largely replaced susceptible varieties. Ty-1 tomatoes show no symptoms and virus accumulation is about ten times lower than in susceptible plants. But in 2010, in the Souss, region of southern Morocco, TYLCD symptoms were detected in Ty-1 varieties, and analysis of these plants revealed the presence of a new recombinant between TYLCV-IL and TYLCSV called TYLCV-IS76. Its name is inspired by the 76-nucleotide fragment inherited from the TYLCSV parent in the intergenic region. This recombinant has virtually replaced the parental viruses in the Souss and has spread to northern Morocco. Its emergence coincides with the replacement of susceptible varieties by Ty-1 varieties. Its invasiveness could be experimentally explained by showing that in Ty-1 plants, TYLCV-IS76 accumulates more than the parents and that it heavily affects the accumulation of TYLCV-IL. The objective of this thesis is to refine the emergence scenario of TYLCV-IS76 and to understand the molecular mechanisms underlying its exceptional competitiveness.The competitiveness of TYLCV-IS76 was tested under controlled conditions to simulate natural situations. Thus, TYLCV-IS76 was co-inoculated with its parental viruses in plants of different ages, or over-inoculated after the parental viruses, in plants where other TYLCV/TYLCSV recombinants could be formed. The competitiveness of TYLCV-IS76 is not altered by the age of the plant, nor by the presence of parental viruses or other recombinants before its arrival in the plant. By testing the dynamics of superinfection with other viral clones, we showed for the first time a phenomenon of premunition in TYLCV, and hence, that TYLCV-IS76 is a special case able to bypass it. Finally, we did not detect any advantage of TYLCV-IS76 in vector transmission. Ty-1 encodes an RNA-dependent RNA polymerase (RDRγ) involved in gene silencing amplification. Since the selective advantage of TYLCV-IS76 is mainly manifested on resistant plants and not on isogenic susceptible plants, the advantage is related to the action of the Ty-1 gene. However, in the absence of a credible ''gene silencing'' scenario, we adopted an unprejudiced approach of high-throughput sequencing of transcripts and small RNAs. We were able to show that Ty-1 allowed the formation of more siRNAs and that TYLCV-IS76 had better transcription of the genes coding for the capsid protein and a silencing suppressor. In plants coinfected with TYLCV-IL and TYLCV-IS76, the recombinant is more competitive for the replication and transcription machinery. This would alter the replication and transcription of TYLCV-IL. The negative impact of increased siRNA production by Ty-1 would therefore preferentially target TYLCV-IL, explaining the drastic decrease in its accumulation in the presence of TYLCV-IS76. Transcriptomic analysis of the genes of resistant and susceptible plants infected with TYLCV-IL or TYLCV-IS76 confirms that the Ty-1 gene is overexpressed in resistant plants and that this resistance is established early in the plants.