Caractérisation du rôle de l’acrostyle, un organe localisé à la pointe des stylets de puceron, dans la transmission des virus et dans les interactions plante-insecte

Characterization of the role of the acrostyle, an organ located at the tip of aphid stylets, in virus transmission and plant-insect interactions

• Auteur / Autrice : Maëlle Deshoux
• Direction : Stéphane Blanc, Marilyne Uzest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Soutenance le 22/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie et Génétique des interactions Plantes-parasites pour la Protection Intégrée/UMR BGPI Montpellier (Montpellier ; 1999-2020)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Favery
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Blanc, Marilyne Uzest, Bruno Favery, Véronique Brault, Philippe Reymond, Federica Calevro, Eugénie Hébrard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Favery, Véronique Brault

Mots clés

Mots clés libres

Puceron

Stylet

Acrostyle

Protéine cuticulaire

Effecteur

Virus

Aphid

Stylet

Acrostyle

Cuticular protein

Effector

Virus

Résumé

Dans les régions tempérées, on estime qu'une espèce végétale sur quatre, dont la quasi-totalité des plantes d'intérêt agronomique, est attaquée par les pucerons. Ces insectes sont des ravageurs redoutables, notamment à cause de leur développement rapide, de leur grande plasticité phénotypique et de leur capacité à transmettre un nombre impressionnant de phytovirus. L’acrostyle est connu pour porter les récepteurs du Cauliflower mosaic virus (Caulimovirus), et probablement ceux d’autres virus qui sont spécifiquement retenus sur la cuticule des pièces buccales des pucerons. Il s’agit d’un organe localisé à la pointe des stylets maxillaires, à la confluence des canaux alimentaire et salivaire qui est donc au contact direct du contenu des cellules végétales, de la sève phloémienne, et de la salive de l’insecte. Il semble conservé parmi les espèces de puceron, et pourrait, via des interactions avec des composés de la plante ou des composés salivaires, jouer un rôle clé dans les interactions plante-puceron. Afin de caractériser les fonctions de cet organe, nous avons tout d’abord établi le répertoire des protéines cuticulaires de l’acrostyle grâce à une approche protéomique. Nous avons pu identifier cinq protéines, renommées Stylines, qui possèdent des peptides accessibles en surface de l’organe. Nous avons alors recherché les partenaires des stylines in vitro ou en système hétérologue, et mis en place deux approches de validation fonctionnelle : la diminution transitoire de l’expression des gènes par l’ARN interférence, et l’obtention de lignées mutantes via la technologie CRISPR-Cas9. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que Stylin-01 était impliquée dans la transmission du Cauliflower mosaic virus. Elle serait donc le premier récepteur de virus à avoir été identifié dans les stylets de pucerons. Des résultats préliminaires indiquent qu’une autre styline serait, quant à elle, impliquée dans la transmission du Turnip mosaic virus (Potyvirus). De plus, nous avons montré que Stylin-03 interagissait avec un effecteur salivaire, Mp10, impliqué dans le contournement des défenses de la plante, et que Mp10 s’accrochait directement sur l’acrostyle in vitro. Enfin, nous avons démontré que diminuer l’expression des gènes stylin-01 et stylin-03 perturbait le comportement alimentaire des pucerons. Mes travaux de thèse démontrent que l’acrostyle est un organe multifacette capable d’interagir avec des molécules variées telles que des protéines virales ou des effecteurs salivaires.

In temperate countries, aphids colonize at least 25% of plant species, including almost all important crops. Aphids are major agricultural pests due to their high phenotypic and development plasticity, and their formidable ability to transmit countless plant viruses. The acrostyle is an organ at the tip of maxillary stylets known to harbor the receptors of Cauliflower mosaic virus (Caulimovirus), and likely those of other non-circulative viruses. It is located at the confluence of the salivary and food canals and is therefore in contact with cell content, plant sap, and aphid saliva. The acrostyle seems to be conserved in aphid species and could play a key role in plant-aphid interactions through specific plant or aphid saliva based protein interactions.To characterize the functions of the acrostyle, we first defined its proteomic composition. We identified five proteins named Stylins - among the repertoire of cuticular proteins of the acrostyle - with peptides exposed at the surface of the organ. Several approaches were then developed to find stylins’ partners and set up functional validation through RNAi and CRISPR-Cas9 technologies. We found that Stylin-01 was involved in Cauliflower mosaic virus transmission (Caulimovirus), and could be the first receptor of plant viruses to be identified in aphid stylets. Preliminary results indicate that another stylin would rather be involved in the transmission of the Turnip mosaic virus (Potyvirus). In addition, we showed that Stylin-03 interacts with Mp10, an effector of aphid saliva, which modulates plant defenses. We further showed that this effector was able to bind the acrostyle of dissected stylets. Moreover, the aphid feeding behavior was impacted when stylin-01 or stylin-03 were silenced.Taken together, these results demonstrate that the acrostyle is a multifaceted organ with various binding properties.