Evolution de symbioses virales récentes au sein de guêpes parasitoïdes Campopleginae

Evolution of recent viral symbiosis in parasitoid wasp Campopleginae

• Auteur / Autrice : Alexandra Cerqueira de araujo
• Direction : Élisabeth Huguet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 13/07/2022
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur la Biologie de l'Insecte
• Jury : Président / Présidente : Corinne Auge-gouillou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Huguet, Thibaut Josse, Clément Gilbert, Julien Varaldi, Marylène POIRIé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Clément Gilbert, Marylène POIRIé

Mots clés

Mots clés libres

Nudivirus

Campopleginae

Relations hôte-parasite

Domestication virale

Endosymbiose

Guêpe parasitoïde

Nudivirus

Campopleginae

Viral domestication

Host-parasite relationship

Parasitoid wasp

Endosymbiosis

Résumé

Certains nudivirus, des virus à ADN double brin proches des baculovirus, sont connus pour avoir été endogénéisés dans le génome de plusieurs espèces de guêpes parasitoïdes. Un cas bien étudié est celui des guêpes braconides qui ont intégré un nudivirus il y a environ 100 millions d'années. Chez ces guêpes, des particules virales sont injectées dans un hôte Lépidoptère au cours de la ponte et vont permettre d'assurer le succès parasitaire de la guêpe. Ces particules sont constituées de cercles d'ADN double brin contenant de gènes de virulence qui s'exprimeront chez la chenille hôte et altèreront son système immunitaire. Cette symbiose guêpe-virus est avantageuse pour les deux protagonistes : la guêpe utilise le virus pour assurer son succès parasitaire et le virus est transmis verticalement dans le génome de la guêpe, maintenant la pérennité du génome viral. Venturia canescens, une guêpe ichneumonide appartenant à la sous famille des Campopleginae, a endogénéisé un virus appartenant aux alphanudivirus (VcENV). L'intégration de ce virus est beaucoup plus récente (estimée à 5 millions d'années) que celle décrite chez les guêpes braconides. Aussi, V. canescens produit des Virus-Like-Particles (VLPs) qui contiennent non pas des acides nucléiques mais des protéines de virulence impliquées dans la réussite parasitaire. La présence de gènes nudiviraux était également suspectée chez une autre espèce de Campopleginae : Campoplex capitator, une guêpe parasitoïde proche phylogénétiquement de V. canescens. La description d'une nouvelle intégration virale offre l'opportunité de mieux comprendre les mécanismes précoces impliqués dans la domestication virale et de décrire les trajectoires évolutives prises pour produire des VLPs. L'objectif de cette thèse était d'une part de caractériser le virus intégré chez Campoplex capitator afin de déterminer si les séquences d'origine nudivirale chez ces guêpes Campopleginae proviennent d'un même événement d'intégration et si les mêmes trajectoires évolutives ont été prises suite à la domestication virale. D'autre part, l'objectif était aussi de déterminer si les gènes d'origine virale ont gardé leurs fonctions et si des fonctions clés ont été conservées de façon récurrentes suite à l'intégration de nudivirus chez les guêpes parasitoïdes. Il a été possible de démontrer la conservation de la fonction ARN polymérase de l'alphanudivirus intégré chez Venturia canescens comme cela est aussi décrit pour les nudivirus intégrés chez les guêpes Braconidae. Plus spécifiquement, le rôle des gènes nudiviraux, lef-4 et lef-8, a pu être démontré par interférence ARN chez V. canescens. Ces gènes, codant pour des sous unités de l'ARN polymérase virale, sont indispensables à la trancription d'autres gènes nudiviraux et à la production de VLPs. Un séquençage PacBio a permis d'obtenir le génome de C. capitator contenant l'alphanudivirus intégré, que l'on a nommé CcapiENV. Des VLPs sont aussi produites par les cellules d'ovaire de cette guêpe et sont composés de protéines issues de l'expression de gènes de CcapiENV. CcapiENV s'est révélé être très proche phylogénétiquement de VcENV et l'ordre et la position des gènes nudiviraux sont très conservés au sein des génomes de guêpes. Les résultats obtenus suggèrent que les deux génomes d'alphanudivirus endogénisés sont issus du même évènement d'intégration chez l'ancêtre commun de V. canescens et C. capitator, permettant d'inférer que l'intégration s'est produite il y a au moins 20 millions d'années. Néanmoins, des différences en terme de contenu génique et particules produites ont pu être observées entre les deux guêpes. Ces différences sont certainement les traces des pressions de sélection différentes que subissent les guêpes parasitoïdes qui les hébergent. La description de nouvelles endogénéisations virales chez d'autres guêpes Campopleginae phylogénétiquement proches permettra d'affiner la recherche des processus impliqués dans la domestication virale.

Some nudiviruses (double-stranded DNA viruses similar to baculoviruses) are known to have been endogenized in the genome of several species of parasitoid wasps. A well-studied case is that of the braconid wasps, which integrated a nudivirus about 100 million years ago. In these wasps, viral particles are injected into a Lepidopteran host during oviposition and ensure the parasitic success of the wasp. These particles contain double-stranded DNA circles harbouring virulence genes that are expressed in the host caterpillar and alter its immune system. This wasp-virus symbiosis is advantageous for both protagonists: the wasp uses the virus to ensure its parasitic success and the virus is transmitted vertically to the wasp progeny, maintaining the perenniality of the viral genome. Venturia canescens, an ichneumonid wasp belonging to the Campopleginae subfamily, has endogenized a virus belonging to the alphanudiviruses (VcENV). The integration of this virus is believed to be much more recent (probably 5 million years) than the one described in braconid wasps. Also, V. canescens produces Virus-Like-Particles (VLPs) which contain virulence proteins involved in parasite success but no nucleic acids. The presence of nudiviral genes was also suspected in another species of Campopleginae: Campoplex capitator, a parasitoid wasp closely related to V. canescens. The description of a new viral integration offers the opportunity to better understand the early mechanisms involved in viral domestication and to describe the evolutionary trajectories taken by different wasp species to produce VLPs. On the one hand, the goal of this thesis was to characterize the integrated virus in Campoplex capitator in order to determine whether the nudiviral sequences in these Campopleginae wasps originate from the same integration event and whether the same evolutionary trajectories were taken subsequently to viral domestication. On the other hand, the goal was also to determine if genes of viral origin have retained their functions after endogenization and if key functions have been recurrently conserved following the integration of nudiviruses in parasitoid wasps. It was possible to demonstrate the conservation of the RNA polymerase function of the alphanudivirus endogenized in Venturia canescens in the same way as it has been described for the nudiviruses integrated in Braconid wasps. More specifically, the role of the nudiviral genes, lef-4 and lef-8, was demonstrated by RNA interference in V. canescens. These genes, coding for subunits of the viral RNA polymerase, are essential for the transcription of other nudiviral genes and for the production of VLPs. PacBio sequencing allowed to obtain the C. capitator genome containing the integrated alphanudivirus, named CcapiENV. VLPs were also shown to be produced by the ovaries of this wasp and to be composed of proteins derived from the expression of CcapiENV genes. CcapiENV was found to be phylogenetically very close to VcENV and the order and position of the nudiviral genes are highly conserved between the wasp genomes. The results suggest that both endogenous alphanudivirus genomes originated from the same integration event in the common ancestor of V. canescens and C. capitator, allowing us to infer that the integration occurred at least 20 million years ago. Nevertheless, differences in terms of gene content and particles produced could be observed between the two wasps. These differences probably reflect the different selection pressures the parasitoid wasps are submitted to. The description of new viral endogenization events in other phylogenetically related Campopleginae wasps will allow to refine research on the processes involved in viral domestication.