Mécanismes d'interaction entre un nanovirus et son puceron vecteur

Mechanisms of interaction between a nanovirus and its aphid vector

• Auteur / Autrice : Mathilde Villegas
• Direction : Stéphane Blanc
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 13/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• 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
• Jury : Président / Présidente : Pierre Czernic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Desbiez, Sylvie German-retana, Quentin Chesnais
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Desbiez, Sylvie German-retana

Mots clés

Mots clés libres

Virus multipartite

Nanovirus

Transmission vectorielle

Puceron

Plantes

Mécanismes moléculaires

Multipartite virus

Nanovirus

Vector transmission

Aphid

Plants

Molecular mechanisms

Résumé

Un mode de transmission vectorielle, signalé uniquement pour les virus de plantes, est la transmission circulante non-multipliante au cours de laquelle le virus transite dans le corps de l’insecte, de l'intestin aux glandes salivaires et à la salive, au travers d’interactions complexes et spécifiques, mais sans jamais se répliquer. Parmi les 3 familles virales ainsi transmises, les Nanoviridae présentent certaines caractéristiques rendant leurs interactions avec les vecteurs plus complexes : i) ils codent pour une protéine non-structurale essentielle à leur transmission, dénommée facteur assistant; ii) ils possèdent une architecture génomique multipartite, ce qui signifie que leur génome est divisé en plusieurs segments, chacun encapsidé individuellement dans une particule virale distincte ; impliquant que l’intégrité du génome est conservée seulement si un ensemble de particules contenant au moins une copie de chaque segment est transmis. Mon projet de thèse porte sur les interactions moléculaires existant entre le nanovirus Faba bean necrotic stunt virus (FBNSV) et ses pucerons vecteurs. In planta, les différents segments viraux s’accumulent chacun à une fréquence spécifique; ce patron de fréquence segment-spécifique est très conservé au sein d’une même espèce hôte mais change après son acquisition par les pucerons vecteurs. Nous avons étudié les mécanismes impliqués dans ce changement. Les résultats obtenus ont montré une modification de la distribution des fréquences des segments dans la lumière intestinale et aussi dans la salive des pucerons. Ces changements intervenant dans le milieu extracellulaire sont donc indépendants d’une éventuelle phase de réplication chez l’insecte. Mes travaux ont démontré que les particules virales contenant des segments différents n’ont pas les mêmes propriétés biophysiques; elles montrent une stabilité différentielle face aux variations de pH et de force ionique. Nous souhaitions également évaluer si les différents segments voyagent ensemble lors de la transmission, permettant ainsi de réduire le risque que certains soient perdus. En adaptant de manière originale la technologie de PCR digitale, nous avons réalisé des tests d’association physique entre différents segments du FBNSV lors des étapes successives du transit intra-puceron. Les résultats suggèrent que les différents segments ne seraient pas associés physiquement dans la sève élaborée des plantes, puis lorsqu’ils transitent dans l'hémolymphe des vecteurs, de l'intestin aux glandes salivaires, et enfin lorsqu'ils sont excrétés dans la salive de puceron. Enfin, nous avons étudié le mode d’action du facteur assistant, la protéine NSP, et recherché l'implication possible de protéines virales supplémentaires, autres que la NSP et la protéine de capside (CP), au sein des insectes vecteurs. De manière inattendue, nous avons détecté la protéine M-Rep (replication initiator protein) dans un nombre réduit de cellules de l’intestin moyen du puceron par microscopie confocale. Fait intéressant, nous avons montré que la présence de NSP est obligatoire pour l’entrée de M-Rep dans les cellules intestinales, tout comme cela a précédemment été montré pour les particules virales. En revanche, une fois internalisée dans ces cellules, M-Rep ne co-localise pas avec les particules virales. Ces observations soulèvent de nombreuses questions portant en particulier sur le rôle de M-Rep lors de la transmission du FBNSV, et plus généralement sur les mécanismes atypiques de la transmission circulante non-multipliante des nanovirus.

A category of vector transmission, reported only for plant viruses, is that called circulative non-propagative transmission where the virus passes through the insect body, from the gut to the salivary glands and to the saliva, through a complex and very specific process that do not involve any viral replication phase. Among the 3 viral families transmitted this way, member species of the family Nanoviridae exhibit some characteristics making their interactions with vectors more complex : i) they encode a non-structural protein essential for their transmission, called helper component; ii) they have a multipartite genomic architecture, meaning that their genome is divided into several segments, each individually packaged in a distinct viral particle ; implying that genome integrity is maintained only if a group of particles together containing at least one copy of each genome segment is transmitted. My PhD project focuses on molecular interactions existing between the nanovirus Faba bean necrotic stunt virus (FBNSV) and its aphid vectors. In planta, the different viral segments each accumulate at a specific frequency; this segment-specific frequency pattern is very conserved within the same host species but changes after its acquisition by the aphid vectors. We studied the mechanisms involved in this change. The results obtained showed a modification of the frequency distribution of the segments in the gut lumen and also in the aphid saliva. These changes occurring in the extracellular environment are therefore independent of a possible replication phase in the insect. My work demonstrated that the viral particles containing distinct genome segments do not have the same properties in solution; they exhibit differential stability when confronted to variations of pH and ionic strength. We also wanted to assess whether the different segments travel together within the aphid vectors, thereby reducing the chances of segment loss upon transmission. By adapting digital PCR technology in an novel way, we carried out physical association tests between different segments of the FBNSV during the successive steps of the within-aphid transit. The results indicate that the different segments are not physically bound together, neither in the sap of plants, nor in the hemolymph when the virus transits from gut to salivary glands, nor in the excreted saliva. Finally, we studied the mode of action of the helper component, the NSP protein, and investigated the possible involvement of additional viral proteins, other than NSP and the coat protein (CP), wihtin the insect vectors. Unexpectedly, we detected the M-Rep (replication initiator protein) in a reduced number of aphid midgut cells by confocal microscopy. Interestingly, we showed that the presence of NSP is mandatory for M-Rep entry into gut cells, just as it is for viral particles. However, once internalized in these cells, M-Rep does not co-localize with viral particles. These observations raise numerous questions, particularly regarding the role of M-Rep during the transmission of FBNSV, and more generally on the atypical mechanisms controlling the circulative non-propagative transmission of nanoviruses.