Quels sont les enjeux au cours de l’évolution du bananier (Musa sp.) qui ont conduit au maintien de séquences virales de Banana Streak Virus dans son génome ?

par Pierre-Olivier Duroy

Thèse de doctorat en Biologie Intégrative des Plantes

Sous la direction de Jean-Loup Notteghem et de Marie-Line Caruana.

Soutenue le 19-12-2012

à Montpellier 2 , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec BGPI - Biologie et Génétique des Interactions Plante-Parasite pour la protection intégrée (laboratoire) .


  • Résumé

    Le génome du bananier (Musa sp.) est envahi par un nombre important de séquences de Banana streak virus (BSV), virus à ADN double brin de la famille des Caulimoviridae qui n'a aucune étape d'intégration au génome hôte au cours de son cycle de multiplication. La majorité de ces intégrations eBSV (endogenous BSV) est défective mais certaines sont restées fonctionnelles et peuvent être à l'origine de particules virales suite à des stress. L'objectif de ce travail de thèse est de préciser si les eBSV sont maintenus ou non dans le génome de Musa balbisiana des bananiers et d'étudier les conséquences évolutives que cela engendre. Nous avons tout d'abord caractérisé les eBSV pour trois espèces de BSV (Banana streak goldfinger virus (BSGFV), Banana streak obino l'ewai virus (BSOLV), Banana streak imove virus (BSImV) présents dans le génome du bananier modèle M. balbisiana cv Pisang Klutuk Wulung (PKW). Nous avons montré que les intégrations eBSGFV et eBSOLV étaient di-alléliques avec un seul allèle fonctionnel à chaque fois, contrairement à eBSImV qui est mono-allélique et pour lequel nous n'avons pas pu identifier l'allèle à l'origine de l'infection. Leur contexte génomique d'intégration diffère avec une co-localisation d'eBSGFV et d'eBSOLV sur le chromosome 1 et d'eBSImV sur le chromosome 2. Ces résultats nous ont permis de développer les outils moléculaires nécessaires à la caractérisation de ces trois eBSV dans la diversité de M. balbisiana. Cette caractérisation a révélé la diversité de structures des eBSV et éclairé une partie encore inconnue de la phylogénie de l'espèce M. balbisiana. Dans un second temps nous avons étudié les mécanismes de régulation des eBSV. Ce travail a porté sur les mécanismes d'ARN interférent pouvant expliquer le maintien des eBSV dans le génome des bananiers. Cette analyse révèle que les eBSV sont effectivement sous contrôle d'un mécanisme de type ARNi et la forte production de petits ARNs de 24nt ciblant les eBSV suggère qu'il s'agit d'un silencing au niveau transcriptionnel (TGS). En parallèle, nous avons aussi recherché les mécanismes mis en place par les bananiers non-porteurs d'eBSV en cas d'infection afin de connaître les défenses constitutives des bananiers face à une attaque virale BSV. Nous avons, sur la base de ces résultats, proposé un modèle de régulation des eBSV et des BSV et discuté de l'impact que ces mécanismes auraient pu avoir sur l'évolution des eBSV. L'ensemble des données de ce travail ont permis de préciser les étapes évolutives qu'ont connues les eBSV dans le génome du bananier, expliquant le maintien que l'on observe aujourd'hui.

  • Titre traduit

    What are the deals during the banana plant (Musa sp.) evolution resulting in the preservation of Banana Streak Virus sequences in his genome?


  • Résumé

    The nuclear genome of banana plants is invaded by numerous viral sequences of banana streak virus (BSV), a DNA virus belonging to the family Caulimoviridae which does not require integration for its replication. These endogenous BSV (eBSV) are mostly defective; however, some can release a functional viral genome following activating stresses. The objectives of this work were to identify if the eBSV are maintained or not in the M. balbisiana genome and to study the impacts of this on the evolution of banana plants. First, we characterized three functional eBSV sequences present within the Musa balbisiana cv PKW genome: (Banana streak goldfinger virus (BSGFV) ; Banana streak obino l'ewai virus (BSOLV) ; and, Banana streak imove virus (BSImV). We show that eBSOLV and eBSGFV are di-allelic with just one functional allele contrary to eBSImV which are mono-allelic and for which we cannot reveal the functional allele. Their genomic areas of integration are different and we also observe that eBSOLV and eBSVGFV are both on chromosome 2 whereas eBSImV is on chromosome 1. These results allowed us to develop the molecular tools required for the characterization of these 3 functional eBSVs within the diversity of M. balbisiana. This characterization has revealed the structural diversity of eBSV and has thus clarified previously unresolved details of M. balbisiana phylogeny. Secondly, we studied the regulatory mechanism of eBSV expression. This work investigated if RNA interference (RNAi) mechanisms could explain the maintenance of eBSV in the Musa genome. Our analyses have shown that, as expected, eBSV was under the control of RNAi mechanisms and the strong production of 24nt small RNAs that target eBSV suggests that Transcriptional Gene Silencing (TGS) was involved in this control. In parallel, we investigated the mechanisms implicated in the anti-viral defense during a BSV infection on a banana plant without eBSV in order to understand the constitutive defense of banana plants. On the basis of these results we have proposed a regulation model of eBSV and BSV and we discuss the impact of silencing regulation on eBSV evolution. Data accumulated during this work have clarified several steps in the co-evolutionary history of Musa sp. and eBSV and explain the maintenance of eBSVs in Musa genomes that we observe today.


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