Les viromes associés aux plantes sauvages : vers des stratégies de caractérisation optimisées et variabilité dans divers environnements

Abstract

Les approches de métagénomique basées sur l’utilisation des techniques de séquençage haut débit ont ouvert une nouvelle ère pour la découverte non biaisée et la caractérisation génomique des virus. Comme pour les autres virus, de telles études montrent que la diversité des virus phytopathogènes a jusqu’à tout récemment été fortement sous-estimée. Ces virus constituant une composante potentiellement importante des écosystèmes naturels ou des agrosystèmes anthropisés, il est important d’explorer la diversité des virus associés aux populations végétales et de comprendre les forces structurant cette diversité dans le temps et dans l’espace. Dans le même temps, le développement de telles études reste confronté à des questions d’ordre méthodologique concernant, par exemple, le choix des populations d’acides nucléiques à séquencer, la reproductibilité des analyses ou la disponibilité d’une stratégie permettant de comparer de façon fiable la richesse virale dans différents environnements. Dans le présent travail, le virome associé à des populations végétales échantillonnées dans différents écosystèmes, avec un focus sur les adventices et les plantes sauvages, a été caractérisé par des approches de métagénomique par séquençage haut débit. Dans ces travaux, l’analyse bioinformatique de la richesse du virome a été conduite par deux approches, l’une classique basée sur l’annotation Blast pour l’identification des familles virales présentes dans un échantillon, et l’autre, décrite et validée ici, qui permet de classifier les séquences virales métagénomiques en unités taxonomiques opérationnelles (operational taxonomic units, OTUs) utilisées comme proxy des espèces virales. Toujours dans une perspective méthodologique, les résultats obtenus avec des pools complexes de plantes représentatifs de la diversité végétale au site d’échantillonnage (approche « tondeuse à gazon ») ont permis de comparer les performances des deux techniques actuellement utilisées pour enrichir les séquences virales, la purification d’ARN bicaténaires (double-stranded RNA, dsRNA) ou d’acides nucléiques associés aux virions (virion-associated nucleic acids, VANA). Les résultats obtenus par les deux approches ont mis en évidence des viromes riches mais montrent que l’approche dsRNA devrait être préférée pour l’analyse de tels pools complexes car elle permet de façon reproductible une description plus complète du phytovirome, à l’exception des virus ADN. Les viromes caractérisés montrent, pour les populations végétales de milieux cultivés ou non gérés tempérés échantillonnées, une forte incidence virale (jusqu’à 86.5% dans 126 pools monospécifiques collectés sur une période de deux ans) et confirment la prédominance des virus dsRNA qui représentent plus de 70% des OTU identifiés. Alors qu’une proportion significative des virus ssRNA détectés sont déjà connus, plus de 90% des virus dsRNA détectés sont nouveaux et n’avaient pas été caractérisés auparavant. Un effort important en culturomique visant à comparer le phytovirome avec le mycovirome de cultures fongiques obtenues à partir des mêmes échantillons végétaux a révélé un nombre remarquablement faible d’OTUs partagés, renforçant le questionnement sur la nature, phytovirus ou mycovirus, des virus dsRNA identifiés dans les viromes des plantes. La composition en OTU des viromes analysés s’est révélée variable entre sites d’échantillonnage mais aussi très dynamique dans le temps, avec seulement une très faible fraction des OTUs ré-échantillonnés de façon stable dans la même population végétale sur une période de deux ans. Pris dans leur ensemble, ces travaux exploratoires permettent de mieux raisonner les choix méthodologiques pour l’étude des viromes associés aux plantes et étendent notre connaissance de la diversité des phytovirus, en particulier dans des espèces végétales sauvages largement négligées, apportant des points de référence importants pour de nouveaux travaux en écologie et en évolution virale.