Mesure, cartographie et analyse de la richesse des virus des plantes à l'échelle de l'écosystème

Measuring, mapping and analyzing the plant virus richness at the ecosystem scale

• Auteur / Autrice : Oumaima Moubset
• Direction : Philippe Roumagnac
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PHIM - Plant Health Institute Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : École d’inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Écologie virale

Métagénomique virale

Phytovirus

Botanique

Évolution virale

Bio-informatique

Viral ecology

Virus evolution

Viral metagenomics

Plant virus

Botanics

Bioinformatics

Résumé

Les maladies émergentes des plantes, causées en grande partie par les phytovirus, pèsent lourdement sur la sécurité alimentaire et sur la stabilité économique des sociétés. Cependant, aucune étude n'a fourni à ce jour une vue complète de la répartition géographique de la diversité des phytovirus, incluant à la fois le nombre des espèces de phytovirus (richesse spécifique) et l'équitabilité de leur distribution dans n'importe quel environnement sur Terre. Ce manque de connaissances compromet notre compréhension générale de l'adaptation des phytovirus et de facto du fonctionnement global des écosystèmes et limite par ailleurs notre capacité à élaborer des modèles prédictifs véritablement généraux d'émergence des phytovirus. Une nouvelle génération de travaux de métagénomique a récemment émergé en pathologie des plantes, permettant non seulement d'analyser le virome global d'une plante mais aussi de relier directement les séquences des phytovirus à leur hôte et à une position géographique. Ces travaux de métagénomique spatiale ont révolutionné notre vision à l'échelle des écosystèmes de la fréquence d'infection des plantes sauvages et cultivées par des phytovirus. Ces études ont ainsi révélé que les infections virales sont significativement plus fréquentes en zones cultivées qu'en zones naturelles, suggérant que le regroupement et la concentration d'organismes génétiquement proches favorisent les épidémies. Ces études pionnières n'ont cependant pas permis de fournir une vue complète de la répartition géographique de la diversité des espèces des phytovirus. Nous proposons dans cette thèse d'élargir les conclusions de ces travaux récents de métagénomique spatiale en testant les deux hypothèses suivantes : • La structure de la communauté des plantes influence la structure de la communauté phytovirale : nous testerons si la richesse spécifique, la composition, la densité et la biomasse des espèces de la communauté végétale peuvent être des prédicteurs de la richesse spécifique phytovirale • Le taux d'évolution moléculaire des virus est plus lent dans les zones non cultivées que dans les zones cultivées : nous testerons si l'agriculture est susceptible de sélectionner des virus à multiplication rapide, à transmission précoce et à forte virulence La thèse proposée a trois objectifs scientifiques : • Objectif1 : tester si la richesse spécifique botanique influence la richesse spécifique phytovirale dans les zones naturelles et cultivées • Objectif2 : Etudier expérimentalement l'effet de plusieurs paramètres des communautés de plantes sur la richesse spécifique phytovirale • Objectif3 : Analyser les traces évolutives présentes au sein des génomes des phytovirus identifiés

Emergent diseases of plants, a high proportion of which are caused by phytoviruses, are a significant burden on the food security and economic stability of societies. However, no studies have provided a comprehensive view of the geographical distribution of phytovirus diversity to date, including both the numbers or richness of virus species and the evenness of their distribution in any individual environment on Earth. Our capacity to detect phytoviruses in the early phases of emergence is strongly dependent on our ability to determine the frequencies and geographical distributions of both new introductions of virus and plant species to environments, and the new virus-host encounters that ensue within these environments. This gap in our knowledge undermines our understanding of virus adaptation and limits our capacity to derive truly general predictive models of phytovirus emergence. Recent viral metagenomics studies, which have leveraged methodological innovations to achieve the relatively unbiased sampling and sequencing of viral genomes within natural environments have paved the way towards the analyses of phytovirus biodiversity in these environments in sufficient detail to drive major advances in our understanding of the evolutionary processes that underlie the emergence of phytoviruses as agricultural pathogens. These studies have already revealed that uncultivated areas within agricultural settings are key-players in the ecology and evolution of agriculturally relevant phytoviruses. The two overarching hypotheses that we propose testing in this PhD project will extend the findings of these pioneering virus biodiversity studies: • Plant community structure influences phytoviral community structure: We hypothesize that plant community species richness, composition, density and biomass are predictors of phytovirus species richness. • The rate of molecular evolution of viruses is slower in uncultivated areas than in cultivated areas: We hypothesize that land uses changes and cropping practices are likely to select for fast-growing, early-transmitted, and more virulent viruses. The PhD thesis project has three scientific and technological objectives that will aim at testing whether plant species richness influences phytovirus species richness in natural and cultivated areas (objective 1), studying experimentally the effect of plant communities on phytoviral species richness (objective 2), and searching for evolutionary fingerprints associated with emergence within phytovirus genomes (objective 3).