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Fleur d'oranger. © Inra, CAIN Anne-Hélène

Quand le génome des plantes vasculaires témoigne de l’évolution des virus de la famille des Caulimoviridae

Intégrés dans le génome de leur hôte, les éléments viraux endogènes des plantes n’ont pas encore livré tous leurs secrets. Dans le cadre d’une collaboration internationale, des chercheurs de l’Inra et du Cirad ont mis en évidence la présence de séquences de virus de la famille des Caulimoviridae, dont plusieurs nouveaux genres, chez un grand nombre de plantes vasculaires, des lycopodes aux plantes à fleurs. Cette présence révèle leur origine très ancienne, il y a quelques 320 millions d’années. Ces résultats sont publiés dans la revue Scientific Reports le 12 janvier 2018.

Mis à jour le 22/01/2018
Publié le 12/01/2018

Les éléments viraux endogènes sont des séquences virales intégrées dans le génome nucléaire de leurs hôtes. Véritables fossiles moléculaires, ils témoignent d’infections qui ont pu se produire il y a des millions d'années et leur étude contribue à mieux comprends l’évolution des virus au fil des temps.

Dans le cadre d’une collaboration internationale, des chercheurs de l’Inra et du Cirad se sont intéressés aux éléments endogènes des virus de la famille des Caulimoviridae responsables de nombreuses infections chez les plantes. Ils ont exploré le génome de ces dernières afin d’y évaluer la diversité de ces virus et leur spectre d’hôte.

Des éléments viraux endogènes chez les plantes vasculaires, des lycopodes aux plantes à fleurs

A la faveur des outils les plus performants de la génomique et de la bio-informatique, les scientifiques ont analysé le génome de 72 plantes représentatives des différents groupes phylogénétiques caractérisés à ce jour, des algues vertes aux plantes à fleurs, recherchant tout ou partie des séquences qui codent une protéine virale de la famille des Caulimoviridae, spécifique et très conservée, la retrotranscriptase. Alors que la présence de ces séquences était connue dans le génome des plantes à fleurs, ils en ont également trouvé chez la majorité des plantes vasculaires, dont les plantes les plus primitives, fougères, conifères et autres lycopodes, un résultat qui illustre la capacité des Caulimoviridae à infecter une gamme d’hôtes étendue et jusqu’à présent sous-estimée. Parmi les 62 espèces de plantes à fleurs étudiées, il apparaît que le nombre de Caulimoviridae endogènes est corrélé à la taille des génomes avec des milliers de séquences au cœur des génomes géants des gymnospermes et des exceptions notoires : le génome du maïs (Zea mays) en est dépourvu malgré sa taille importante. En revanche, la densité moyenne de séquences virales est remarquablement élevée chez le ricin (Ricinus communis) et l’oranger (Citrus sinensis).

Des éléments viraux endogènes associés à de nouveaux genres de la famille des Caulimoviridae

L’analyse fine des éléments viraux endogènes identifiés chez les plantes a permis aux chercheurs de l’Inra et du Cirad de mettre en évidence que la majorité des Caulimoviridae endogènes émane des genres Florendovirus et Petuvirus. Elle a également abouti à la découverte de branches évolutives des Caulimoviridae jusque-là inconnues : quatre nouveaux genres de la famille des Caulimoviridae ont été détectés chez les conifères (Gymnendovirus 1 à 4), deux chez les fougères (Fernendovirus 1 et 2) et cinq chez les plantes à fleurs (p. ex. Xendovirus ou Yendovirus).

Des éléments viraux endogènes remontant au Dévonien

À partir de l'analyse de la distribution de différents genres viraux de la famille des Caulimoviridae dans les espèces végétales étudiées, les scientifiques ont été en mesure de proposer un scénario évolutif selon lequel cette famille de virus aurait émergé chez un ancêtre commun aux plantes à fleurs et aux Gymnospermes au cours du Dévonien (-  320 millions années). S’en serait ensuite suivi des échanges entre hôtes appartenant à différentes divisions. Notons que le large spectre d’hôte des virus de la famille desCaulimoviridaepourrait s’expliquer par la présence chez ces virus d’une protéine de mouvement qui facilite le transport et la circulation de particules virales entre les cellules via des canaux spécifiques, ou plasmodesmes, et dont la structure est caractéristique des plantes vasculaires.

 

L’ensemble de ces résultats atteste de la grande adaptabilité des virus de la famille des Caulimoviridae et de l’influence qu’ils ont exercée sur l’évolution des plantes vasculaires. Il appelle à explorer plus avant le rôle et les conséquences de la présence de ces virus dans le génome des plantes.

Les Caulimoviridae, en quelques mots

La famille des Caulimoviridae regroupe des virus de plantes. Elle compte huit genres (Badnavirus, Caulimovirus, Cavemovirus, Petuvirus, Rosadnavirus, Soymovirus, Solendovirus et Tungrovirus) auxquels s’est rajouté récemment celui des Florendovirus.

Certains membres de la famille des Caulimoviridae sont responsables de pertes économiques importantes notamment dans les régions tropicales, où ils affectent riz (Rice tungro bacilliform virus ou RTBV), cacao (Cacao swollen shoot virus ou CSSV) manioc, bananier et autres végétaux de première importance.

Soulignons que le virus de la mosaïque du chou-fleur (Cauliflower mosaic virus ou CaMV), est un virus modèle important qui a permis de comprendre les aspects fondamentaux de différents processus viraux (réplication, mouvement de cellule à cellule, transmission...). Certains éléments de son génome sont aujourd’hui également largement utilisés dans le domaine des biotechnologies végétales pour explorer les fonctions de certains gènes de plantes.

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Biologie et amélioration des plantes
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Versailles-Grignon

REFERENCE

Tracheophyte genomes keep track of the deep evolution of the Caulimoviridae.
Seydina Diop, Andrew D.W. Geering, Françoise Alfama-Depauw, Mikaël Loaec, Pierre-Yves Teycheney and Florian Maumus.

Scientific Reports 8, Article number: 572 (2018). www.nature.com/articles/s41598-017-16399-x