Tout comme les animaux, les plantes peuvent être atteintes de maladies infectieuses. Ces infections se manifestent par des symptômes, visibles sur les feuilles ou d’autres organes (comme les fruits), et entraînent des dégâts, avec une réduction, quantitative ou qualitative, de la production agricole. Lorsque les symptômes observés conduisent à suspecter une infection virale dans une exploitation agricole, le diagnostic peut être confirmé par une analyse spécifique, souvent à l’aide d’outils de génétique moléculaire, tels que des amorces oligonucléotidiques ciblant spécifiquement une séquence nucléotidique conservée chez une espèce de virus de plante. Par exemple, la présence du virus du fruit rugueux brun de la tomate (tomato brown rugose fruit virus, ToBRFV), qui constitue un risque majeur pour les producteurs de tomates et de poivrons, car elle réduit le rendement et rend les fruits invendables, est diagnostiquée par une RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction) en temps réel. Ce type de diagnostic peut cependant n’apporter qu’une vision incomplète de la réalité puisqu’une plante individuelle est parfois infectée par plusieurs virus différents [1, 2].

Les plantes cultivées infectées par de multiples virus

Les co-infections virales sont ainsi de plus en plus souvent détectées, notamment grâce aux apports de la métagénomique virale. Par exemple, près de 40 % des plants de niébé (une plante légumineuse africaine) analysés au Burkina Faso se sont révélés porteurs de plusieurs virus [3]. Dans un tel contexte d’infections multiples, des interactions entre virus peuvent modifier l’intensité des symptômes, voire conduire à l’apparition de symptômes spécifiques des co-infections, comme dans le cas de la nécrose léthale du maïs [4], une maladie causant des dégâts considérables en Afrique de l’Est (pertes estimées à plusieurs centaines de millions de dollars).

Les interactions entre virus peuvent également se produire au sein d’une même espèce virale. En effet, les plantes peuvent subir des infections simultanées ou indépendantes par plusieurs variants génétiques d’un même virus (à ne pas confondre avec la diversification d’un virus au sein de l’hôte, qui se traduit par la présence d’une populations de variants étroitement apparentés). Or, des paramètres épidémiologiques majeurs, tels que l’accumulation virale ou la transmission, peuvent différer entre mono-infection virale et co-infection par deux variants distincts. De tels effets de la co-infection peuvent conduire localement au maintien de la diversité génétique, comme cela a été montré pour le virus des feuilles jaunes en cuillère de la tomate (tomato yellow leaf curl virus, TYLCV), dont une lignée est favorisée en mono-infection, tandis que l’autre se maintient grâce à ses performances en co-infection [5].

Décrypter les génomes viraux présents dans un contexte d’infections multiples : l’exemple du virus de la panachure jaune du riz

Le riz, aliment de base de la moitié de l’humanité, n’est pas seulement cultivé en Asie. La riziculture a considérablement augmenté en Afrique au cours des dernières décennies, avec une forte volonté politique de poursuivre dans cette voie pour réduire la dépendance aux importations et faire face à une demande croissante. La production rizicole africaine doit néanmoins faire face à de nombreuses contraintes réduisant les rendements, parmi lesquelles les maladies infectieuses.

Le virus de la panachure jaune du riz (rice yellow mottle virus, RYMV) est un Sobemovirus endémique à l’Afrique, et cause la maladie virale la plus dommageable pour les cultures du continent. Des symptômes de panachure apparaissent sur les jeunes feuilles, pouvant aboutir à une stérilité totale, voire à la mort de la plante pour les variétés de riz les plus sensibles [6]. Des gènes de résistance à ce virus ont été identifiés, mais ils ne sont pas encore utilisés à grande échelle. Le RYMV est un virus à ARN, dont le génome a une taille d’environ 4 450 nucléotides. La caractérisation de sa diversité génétique à l’échelle du continent africain a permis de reconstruire son histoire évolutive [7]. Ce virus présente ainsi initialement une structuration géographique forte (répartitions géographiques distinctes pour les différentes lignées), résultant de ses routes de dispersion passées [7]. Des évènements de transmission récents conduisent cependant à une augmentation des co-existences, des « rencontres » entre lignées divergentes. Ainsi, une équipe de chercheurs impliquée dans le partenariat Patho-Bios¹ a suivi la dynamique de ce virus pendant cinq ans dans l’ouest du Burkina Faso. Ce travail de long terme, depuis l’échantillonnage, en bottes dans les rizières, jusqu’aux travaux de virologie moléculaire, en blouse de laboratoire et dans des serres expérimentales, a montré la coexistence de plusieurs lignées au sein d’un seul périmètre irrigué (environ 520 ha), et donc une diversité du virus particulièrement grande localement [8].

Une telle co-circulation locale de différentes lignées d’un virus est susceptible de conduire à des infections de plantes individuelles par plusieurs variants, ce qui était le cas de 4 à 5 % des plantes malades analysées [8]. Ces cas d’infection multiple peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution virale, notamment car ils sont un prérequis pour des évènements de recombinaison génétique. Ainsi une des lignées de RYMV circulant dans ce périmètre irrigué a été identifiée comme résultant d’un évènement de recombinaison entre deux lignées [8].

Des techniques de séquençage nucléotidique « sans a priori »

Le séquençage de l’ADN selon la méthode de Sanger² permet de mettre en évidence la présence simultanée de plusieurs variants par la superposition de pics de didésoxynucléotides dans les électrophorégrammes, mais ne permet pas de reconstruire les haplotypes en présence : pour cela, il serait nécessaire de recourir au clonage de ces variants, une démarche longue et coûteuse. Les différentes techniques de séquençage nucléotidique à haut débit développées ultérieurement permettent l’obtention rapide des séquences nucléotidiques de toutes les molécules d’acides nucléiques présentes dans un échantillon. Le séquençage par synthèse selon la technique Illumina produit des séquences courtes, couvrant difficilement plusieurs substitutions sur une même molécule, ce qui rend cette technique moins adaptée à la reconstruction des haplotypes lorsque plusieurs génomes variants sont présents dans un échantillon. En revanche, la technique de séquençage d’Oxford Nanopore, qui est fondée sur la détection des variations de courant électrique lorsque les molécules traversent des nanopores, produit des séquences plus longues [9] ] (→).

(→) Voir m/s n° 2, 2018, page 161

Ces techniques de séquençage à haut débit peuvent être utilisées « sans a priori », c’est-à-dire sans cibler un virus en particulier. Ainsi par exemple, le protocole que nous utilisons commence par une extraction des ARN totaux de la feuille de riz infectée. Une déplétion des ARN ribosomiques de la plante est ensuite réalisée, permettant d’en éliminer 80 %, et donc d’obtenir un enrichissement relatif en ARN viraux. Une synthèse d’ADN complémentaire double brin est ensuite réalisée par rétrotranscription avec des amorces aléatoires, avant la préparation finale des échantillons et le séquençage [10] (Figure 1).

Figure 1. Déroulement de l’analyse virologique d’une feuille de riz infectée par trois variants du virus de la panachure jaune du riz. Crédit image : Mariam Barro, Tengrela, Burkina Faso, 29/09/2017; bioart.niaid.nih.gov/; www.tu-braunschweig.de/en/ifp/pbb/research/genome-sequencing-projects; doi : 10.1038/s41587-021-01108-x.

Des analyses bioinformatiques pour dissocier et reconstruire les génomes viraux malgré leur proximité génétique

Dans le cas des co-infections par plusieurs variants du virus RYMV, le défi a été de trouver une méthode d’analyse des données permettant de distinguer des génomes très similaires. Nous avons bénéficié d’un outil récent utilisant un génome viral de référence [11]. La méthode avait été validée sur des jeux de données réels et simulés, issus du virus de l’hépatite B (ADN circulaire d’une taille d’environ 3 kb) et du virus de l’immunodéficience humaine (ARN d’une taille d’environ 10 kb).

Cet outil s’est révélé très efficace pour mettre en évidence des génomes viraux présents dans la plante en faible proportion (abondance relative 99/1), et a permis d’obtenir jusqu’à trois génomes de RYMV différents à partir d’un seul plant de riz [10] (Figure 1), ces génomes pouvant être très proches génétiquement (seulement 80 à 90 nucléotides différents au total, soit environ 2 % du génome).

Révolutions techniques en génomique du pathobiome pour la compréhension des dynamiques des agents pathogènes

Le séquençage profond³ par la technique nanopore fait aujourd’hui partie des outils précieux pour le diagnostic en santé végétale et la caractérisation de la biodiversité virale. Cependant, un goulot d’étranglement persiste car les compétences en bioinformatique indispensables à ces analyses ne sont pas toujours disponibles dans les laboratoires de virologie, en particulier en Afrique [12]. Les évolutions en cours et à venir devraient permettre de progresser dans la caractérisation de la diversité intra-hôte des agents pathogènes non seulement viraux, mais aussi bactériens ou fongiques, pour tendre vers une caractérisation du pathobiome de l’hôte.

Une surveillance épidémiologique continue, intra-hôte et inter-hôtes, des lignées de virus est un pré-requis pour tenter de comprendre les facteurs gouvernant la dynamique spatio-temporelle des populations virales [13]. De telles études sont également indispensables pour anticiper les évolutions épidémiques dans un contexte de changements globaux, qui entraîne notamment une augmentation des risques de transmission liés aux transports transfrontaliers et aux échanges à l’échelle mondiale.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Références

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Liste des figures

	Figure 1. Déroulement de l’analyse virologique d’une feuille de riz infectée par trois variants du virus de la panachure jaune du riz. Crédit image : Mariam Barro, Tengrela, Burkina Faso, 29/09/2017; bioart.niaid.nih.gov/; www.tu-braunschweig.de/en/ifp/pbb/research/genome-sequencing-projects; doi : 10.1038/s41587-021-01108-x.
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