Plant-virus interactions : role of virus- and host-derived small non-coding RNAs during infection and disease

par Nicolas Pitzalis

Thèse de doctorat en Virologie : aspects moléculaires et médicaux

Sous la direction de Manfred Heinlein.

Le président du jury était Sylvie German-Retana.

Le jury était composé de Manfred Heinlein, Sylvie German-Retana, Karl-Heinz Kogel, Todd Blevins.

Les rapporteurs étaient Sylvie German-Retana, Karl-Heinz Kogel.

  • Titre traduit

    Interactions plantes-virus : rôle des petits ARN non-codants dérivés du virus et de l’hôte au cours d’une infection et d’une maladie


  • Résumé

    Dans cette thèse, j'ai étudié le rôle des sRNAs dérivés de l'hôte et du virus lors de l'infection du colza (Brassica napus, Canola) par la souche UK1 du virus de la mosaïque du navet (TuMV-UK1). En utilisant un dérivé de TuMV fusionné avec un gène codant pour la protéine fluorescente verte (TuMV-GFP), deux cultivars de colza (‘Drakkar’ et ‘Tanto’) qui diffèrent par leur susceptibilité à ce virus ont été identifiés. Le profil transcriptionnel des foyers d'infection locale, dans les feuilles de Drakkar et de Tanto, par séquençage nouvelle génération (NGS) a révélé de nombreux gènes exprimés de manière différentielle. Les mêmes échantillons d'ARN provenant de feuilles de Drakkar et de Tanto, traitées par des virus ou utilisées en contrôle, ont également servi à établir le profil NGS des sRNAs (sRNAseq) et de leurs cibles potentielles d'ARN (PAREseq). Les analyses bioinformatiques et leur validation in vivo, ont permis d’identifier les événements de clivage de transcrits impliquant des micro ARN (miRNA) connus et encore inconnus. Fait important, les résultats indiquent que TuMV détourne la voie du RNA silencing de l’hôte avec des siRNAs issus de son propre génome (vsiRNA) pour cibler les gènes de l’hôtes. Le virus déclenche également le ciblage à grande échelle des ARN messagers (ARNm) de l’hôte par l’activation de la production de siRNAs secondaires en phase, à partir de locus PHAS. À leur tour, les vsiRNAs et les siRNAs dérivés de l'hôte (hsRNAs) ciblent et clivent l'ARN viral par le complexe RISC. Ces observations éclairent le rôle des siRNAs dérivés de l'hôte et du virus dans la coordination de l'infection virale. Un autre chapitre de cette thèse est consacré à l'analyse des maladies induites par des virus en utilisant comme modèle de plante Arabidopsis, infectée par un tobamovirus, le virus de la mosaïque du colza (ORMV). De plus, ces observations ont permis de proposer un modèle dans lequel cette guérison dépend d’un adressage important de vsiRNAs secondaires antiviraux depuis leur source de production jusqu’à leurs tissus de destination, et l'établissement d'un apport en vsiRNAs capable de bloquer l'activité VSR impliquée dans la formation des feuilles symptomatiques.


  • Résumé

    In this thesis, I investigated the role of host- and virus-derived sRNAs during infection of Rapeseed (Brassica napus, Canola) by the UK1 strain of Turnip mosaic virus (TuMV-UK1). By using a TuMV derivative tagged with a gene encoding green fluorescent protein (TuMV-GFP), two rapeseed cultivars (‘Drakkar’ and ‘Tanto’) that differ in susceptibility to this virus were identified. Transcriptional profiling of local infection foci in Drakkar and Tanto leaves by next generation sequencing (NGS) revealed numerous differentially expressed genes. The same RNA samples from mock- and virus- treated Drakkar and Tanto leaves were also used for the global NGS profiling of sRNAs (sRNAseq) and their potential RNA targets (PAREseq). The bioinformatic analysis and their in vivo validation led to the identification of transcript cleavage events involving known and yet unknown miRNAs. Importantly, the results indicate that TuMV hijacks the host RNA silencing pathway with siRNAs derived from its own genome (vsiRNAs) to target host genes. The virus also triggers the widespread targeting of host messenger RNAs (mRNAs) through activation of phased, secondary siRNA production from PHAS loci. In turn, both vsiRNAs and host-derived siRNAs (hsRNAs) target and cleave the viral RNA by the RISC-mediated pathway. These observations illuminate the role of host and virus-derived sRNAs in the coordination of virus infection. Another chapter of this thesis is dedicated to the analysis of virus-induced diseases by using Arabidopsis plants infected with the Oilseed rape mosaic tobamovirus (ORMV) as a model. Initially, the infected plants develop leaves with strong disease symptoms. However, at a later stage, disease-free, “recovered” leaves start to appear. Analysis of symptoms recovery led to the identification of a mechanism in which the VSR and virus derived-siRNAs play a central role. I used Arabidopsis mutants impaired in transcriptional and post-transcriptional silencing pathways (TGS and PTGS respectively) and a plant line carrying a promoter-driven GFP transgene silenced by PTGS (Arabidopsis line 8z2). Using various techniques able to monitor virus infection, small and long viral RNA molecules, VSR activity, as well as phloem-mediated transport with in these lines, this study led to the identification of genes required for disease symptoms and disease symptom recovery. Moreover, the observations allowed to propose a model in which symptoms recovery occurs upon robust delivery of antiviral secondary vsiRNAs from source to sink tissues, and establishment of a vsiRNA dosage able to block the VSR activity involved in the formation of disease symptoms.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 09-11-2022

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