Unité Mixte
de Recherche

Biologie et Génétique
des Interactions Plante-Parasite

 

 

 

CIRAD
UMR-BGPI TA A-54/K
Campus International
de Baillarguet
34398 Montpellier Cedex 5
FRANCE


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Equipe 2 : Interactions Virus Insecte Plante (VIP) Thématique de recherche
 
La biologie énigmatique des virus multipartites
Responsable: Stéphane Blanc
 

Le cycle de vie des virus multipartites est très mal compris et pose un certain nombre de problèmes conceptuels. Sur la base de l’étude d’un Nanovirus comme espèce modèle, ce projet vise à élucider expérimentalement les bases de la biologie de ces systèmes viraux, en caractérisant les coûts et bénéfices spécifiques de leur organisation génomique si particulière.

Personnel impliqué dans le projet

S. Blanc
Chercheur
Responsable du projet
M. Yvon
Technicien
M.S. Vernerey
Ingénieure
G. Gallet
Post-doc
E. Pirolles
Assistant Ingénieur
   
Etudiants Master
Geoffrey Carpentier (Printemps 2014, M2 univ. Montpellier, France)
Alexander Dale (Hiver 2015, Master 1 Erasmus, Oxford, United Kingdom)
Elise Découvreur (Printemps 2015, Master 1 Erasmus, Univ. Louvain, Belgium)
Principale collaboration
Yannis Michalakis (Directeur de Recherche, CNRS, Montpellier)

 

Contexte scientifique du projet de recherche

Trois grandes catégories d’organisation de la structure des génomes viraux peuvent être distinguées, indépendamment du fait qu’il s’agisse de virus à AND ou ARN. Les virus “monopartites” ont un seul chromosome qui porte la totalité de l’information génétique, encapsidé dans une particule virale unique. Les virus « segmentés » possèdent plusieurs chromosomes qui sont tous encapsidés ensemble dans une particule virale unique. Enfin, les virus « multipartites » ont aussi plusieurs chromosomes (de 2 à 10 suivant les espèces), mais qui sont encapsidés individuellement dans des particules virales distinctes. Les virus multipartites sont très fréquents chez les plantes, où ils sont responsables de maladies de nombreuses cultures partout dans le monde. Ils sont aussi fréquents chez les champignons et ont récemment été décrits chez certains insectes.

Du fait de la compartimentation de l’information génétique dans des particules virales distinctes, le fonctionnement du génome des virus multipartites est intimement lié à celui de leurs populations. Des approches théoriques ont prédit des avantages pour de tels systèmes biologiques, comme par exemple une plus grande stabilité, une réplication plus rapide et une recombinaison accrue pour cet ensemble de segments génomiques. Les inconvénients seraient eux liés à une très faible probabilité d’infecter une nouvelle cellule ou un nouvel hôte avec au moins une copie de chaque segment pour ne pas perdre d’information. Cette vision souffre malheureusement du manque flagrant de données expérimentales pour illustrer ces avantages théoriques, et même les coûts qui paraissent si évidents.


Modèle biologique et résultats

Nous avons démontré que le Faba bean necrotic stunt virus (FBNSV, Famille Nanoviridae) contrôle la fréquence relative de chacun de ses huit segments génomiques de manière très reproductible, certains segments étant toujours fréquents et d’autres rares. Le pattern des fréquences des huit segments ainsi obtenu durant l’infection d’une plante est dénommé « formule génomique » (pour des figures illustratives, cf la version Anglaise du site). Cette découverte révèle un avantage potentiel dans ces systèmes multipartites, qui serait la capacité de contrôler spécifiquement le nombre de copies de chacun des gènes viraux. En corolaire, ce contrôle spécifique de la fréquence des segments engendre une situation de coût maximum, notamment liée à une chance accrue de perdre les segments rares.

Les questions de notre programme de recherche
Nous développons un programme de recherche expérimental pour étudier les relations entre les fréquences relatives des différents segments génomiques et la génétique/dynamique des populations des virus multipartites, sur le modèle FBNSV. Nous étudions :

i) Le lien entre la formule génomique et la régulation de l’expression des gènes et du phénotype viral (accumulation, agressivité, transmission par pucerons vecteurs)

ii) La distribution des différents segments génomiques au niveau cellulaire, de manière à vérifier si tous les segments doivent obligatoirement être ensembles dans chaque cellule infectée, ou bien si ils peuvent être temporairement séparés à certaines étapes du cycle viral, dans la plante ou le vecteur.

iii) Le mouvement des segments génomique ADNss, ainsi que celui des ARNm correspondants et des protéines, afin de tester si la complémentation fonctionnelle entre les différents segments ne peut se faire qu’à l’intérieur d’une même cellule ou bien si elle peut aussi se faire à distance, à partir de cellules différents.

iv) La plasticité de la formule génomique en réponse à des changements de l’environnement du virus, et l’évolution de cette formule durant l’adaptation à une nouvelle espèce hôte.

Figure 1: Genome organization of nanoviruses on the example of Faba bean necrotic stunt virus (FBNSV)
Eight segments are circular ssDNAs each around 1000 bases : R encodes : Master-Rep assisting replication of all segments, S : coat protein CP separately encapsidating all segments, C : Clink resetting cell cycle, M : movement protein MP mediating in-plant virus migration, N : nuclear shuttle protein NSP regulating aphid transmission (B. Gronenborn, pers. com.), U1-U2-U4 have unknown functions. CR-SL: common region stem loop.
Figure 2 : Gene Copy Number regulation in Nanoviruses
Left Panel
The relative frequency of each FBNSV segment in Vicia faba plants systemically infected after inoculation by aphid vectors is plotted in dark blue and compared to that in agro-inoculated plants (light blue on the left). In Vicia faba, the frequency of the segments was not affected by the mode of inoculation (aphid- versus agro-inoculation), as indicated by ANOVA tests for each of the eight segments. The relative frequency of FBNSV segments in Medicago truncatula plants systemically infected after inoculation by aphid vectors is plotted in red. Vf-At1, Vf-At2, Vf-At3, Mt-At1 and Mt-At2 results from independent aphid-inoculation experiments and the number of infected plants in each set (n) is indicated on the right. A significant effect of the host species could be detected through ANOVA tests for 7 out of 8 segments. (From Sicard et al 2013)
Right Panel
The genome formulae of FBNSV in Vicia faba (GF Vf) and in Medicago truncatula (GFMt) were respectively calculated by pooling all Vf-At and Mt-At data sets, and are indicated below the graph.
The relative frequency of the segments (segment name below panels) was estimated by qPCR. The rarest is arbitrarily considered as 1 copy, and the copy number of the others is represented relative to it. Genome formula in Vicia faba (V.f. green left), Medicago truncatula (M.t. blue center) and Acyrtosiphon pisum (A.p. grey right). Adapted from Sicard et al 2013 and Sicard et al 2015.

Ce projet apporte (et apportera) des informations cruciales sur la biologie des virus multipartites. En particulier, les résultats attendus procurent un éclairage nouveau sur les bénéfices et les coûts possibles dans ces systèmes viraux, pour lesquels plusieurs décennies d’études théoriques ont amené à la conclusion que le cadre conceptuel classique de virologie ne permet pas d’expliquer l’existence.


Financement

Ce projet est actuellement financé par l’INRA département SPE et par l’ANR (projet ANR-nano)

Nous essayons d’agréger d’autres financements externes afin de développer un programme plus ambitieux, notamment :

-Développer une approche de biochimie structurale des complexes macromoléculaires qui circulent dans la plante hôte et dans les pucerons vecteurs
-Comprendre les interactions moléculaires entre virus et pucerons vecteurs
-Etudier les aspects spécifiques de l’écologie des virus multipartites


Congrés à venir où les résultats du programme “nanovirus” seront communiqués (interaction virus-plante ou virus-vecteur)
Blanc S. Transmitted plant viruses can affect performances of starving aphid vectors. 13th International Plant Virus Epidemiology Symposium. 6-10 June 2016, Avignon, France.
Invited key note lecture.

Blanc S. The strange biology of plant-infecting multipartite viruses. New Frontiers in Plant Biology. 15-17 June 2016, Madrid, Spain.
Invited lecture

Blanc S. Vector transmission: commonalities and specificities in plant and animal viruses. 6th European Congress of Virology. 19-22 October 2016, Hamburg, Germany.
Invited Key note lecture

Blanc S. Nanoviruses have a non cell-autonomous replication cycle. 8th International Geminivirus Symposium and 6th International ssDNA comparative Virology Workshop. 7-10 November 2016, New Delhi, India.
Invited Key note lecture. Member of the International Advisory Committee.

Blanc S. Manipulation of insect vectors by nanoviruses. 11th European Congress of Entomology. 2-6 June 2018, Napoli, Itlay.
Invited Key note lecture. Co-convenor and co-chair of the session of “Symbiosis and Insect vector Biology”.


Liste des publications du responsable: Stéphane Blanc (*Corr. author)

2016 (current work, article submitted and in preparartion)
Blanc S*. Manipulation of insect vectors by transmitted plant viruses. Current Opinion in Insect Science 2016. Invited review, in preparation (due February 2016).

Sicard A, Michalakis Y, Gutierrez S and S Blanc*. The strange biology of multipartite viruses. Submitted

Sicard A, Pirolles E, Gutierrez S, Yvon M, Michalakis Y and S Blanc*. A pluricellular way of life for a multipartite virus. In preparation

2015
Roumagnac P, Granier M, Bernardo P, Deshoux M, Ferdinand R, Galzi S, Fernandez E, Julian C, Abt I, Filloux D, Varsani A, Blanc S, Martin DP and M. Peterschmitt: Alfalfa leaf curl virus: An pahid transmitted geminivirus. J Virol. 2015 Sep 15;89(18):9683-8. doi: 10.1128/JVI.00453-15. Epub 2015 Jun 24.

Sicard A, Zeddam JL, Yvon M, Michalakis Y, Gutierrez S, Blanc* S: Circulative non propagative aphid-transmission of nanoviruses: an oversimplified view. J Virol. 2015 July 15 ;89(19) 9719-26. doi: 10.1128/JVI.00780-15

Gutiérrez S, Pirolles E, Yvon M, Baecker V, Michalakis Y and Blanc* S: The multiplicity of cellular infection changes depending on the route of cell infection in a plant virus. J Virol. 2015 Sep 15;89(18):9665-75. doi: 10.1128/JVI.00537-15.

Blanc* S and S Gutiérrez: The specifics of vector transmission of arboviruses of vertebrates and plants. Curr Opin Virol. 2015 Jul 30;15:27-33. doi: 10.1016/j.coviro.2015.07.003.


2014
Blanc* S, Drucker M, Uzest M: Localizing viruses in their insect vectors. Annu Rev Phytopathol 2014, 52:403-425.

2013
Bak A, Gargani D, Macia JL, Malouvet E, Vernerey MS, Blanc S, Drucker M: Virus factories of cauliflower mosaic virus are virion reservoirs that engage actively in vector transmission. J Virol 2013, 87:12207-12215.

Gutiérrez S, Michalakis Y, Van Munster M, Blanc* S: Plant feeding by insect vectors can affect life cycle, population genetics and evolution of plant viruses. Functional Ecology 2013, 27:610-622.

Martiniere A, Bak A, Macia JL, Lautredou N, Gargani D, Doumayrou J, Garzo E, Moreno A, Fereres A, Blanc* S and M. Drucker.: A virus responds instantly to the presence of the vector on the host and forms transmission morphs. Elife 2013, 2:e00183.

Sicard A, Yvon M, Timchenko T, Gronenborn B, Michalakis Y, Gutierrez S, Blanc* S: Gene copy number is differentially regulated in a multipartite virus. Nature Commununications 2013, 4:2248.

2012
Gutierrez S, Michalakis Y, Blanc* S: Virus population bottlenecks during within-host progression and host-to-host transmission. Curr Opin Virol 2012, 2:546-555.

Gutierrez S, Yvon M, Pirolles E, Garzo E, Fereres A, Michalakis Y, Blanc* S: Circulating virus load determines the size of bottlenecks in viral populations progressing within a host. PLoS Pathog 2012, 8:e1003009.

2011
Bak A, Irons SL, Martiniere A, Blanc S, Drucker M: Host cell processes to accomplish mechanical and non-circulative virus transmission. Protoplasma 2011.

Blanc* S, Drucker M: Functions of virus and host factors during vector-mediated transmission. In Recent Advances in Plant Virology. Edited by Caranta C, Aranda MA, Tepfer M, Lopez-Moya JJ: Caister Academic Press; 2011:103-120.

Martiniere A, Macia JL, Bagnolini G, Jridi C, Bak A, Blanc S, Drucker M: VAPA, an Innovative "Virus-Acquisition Phenotyping Assay" Opens New Horizons in Research into the Vector-Transmission of Plant Viruses. PLoS One 2011, 6:e23241.

Vuillaume F, Thebaud G, Urbino C, Forfert N, Granier M, Froissart R, Blanc S, Peterschmitt M: Distribution of the phenotypic effects of random homologous recombination between two virus species. PLoS Pathog 2011, 7:e1002028.

2010
Brault V, Uzest M, Monsion B, Jacquot E, Blanc S: Aphids as transport devices for plant viruses. C R Biol 2010, 333:524-538.

Gutierrez S, Yvon M, Thebaud G, Monsion B, Michalakis Y, Blanc* S: Dynamics of the multiplicity of cellular infection in a plant virus. PLoS Pathog 2010, 6.

Hoh F, Uzest M, Drucker M, Plisson-Chastang C, Bron P, Blanc S, Dumas C: Structural insights into the molecular mechanisms of cauliflower mosaic virus transmission by its insect vector. J Virol 2010, 84:4706-4713.

Khelifa M, Masse D, Blanc S, Drucker M: Evaluation of the minimal replication time of Cauliflower mosaic virus in different hosts. Virology 2010, 396:238-245.

Uzest M, Gargani D, Dombrovsky A, Cazevieille C, Cot D, Blanc* S: The "acrostyle": a newly described anatomical structure in aphid stylets. Arthropod Struct Dev 2010, 39:221-229.

2009
Martinière A, Gargani D, Uzest M, Lautredou N, Blanc S, Drucker M: A Role for Plant Microtubules in the Formation of Transmission-specific inclusion bodies of Cauliflower mosaic virus. Plant J 2009, 58:135-146.

Yvon M, Monsion B, Martin JP, Gutiérrez S, Blanc S: PCR-based amplification and analysis of specific viral sequences from individual plant cells. Journal of Virological Methods 2009, doi:10.1016/j.jviromet.2009.04.016

2008
Blanc* S: Vector transmission of plant viruses. In Encyclopedia of Virology, edn 3rd. Edited by Mahy BWJ, van regenmortel MHV: Elsevier Ltd.; 2008:274-282.

Monsion B, Duborjal H, Blanc S: Quantitative Single-letter Sequencing: a method for simultaneously monitoring numerous known allelic variants in single DNA samples. BMC Genomics 2008, 9:85.

Monsion B, Froissart R, Michalakis Y, Blanc S: Large bottleneck size in Cauliflower Mosaic Virus populations during host plant colonization. PLoS Pathog 2008, 4:e1000174.

Urbino C, Thebaud G, Granier M, Blanc S, Peterschmitt M: A novel cloning strategy for isolating, genotyping and phenotyping genetic variants of geminiviruses. Virol J 2008, 5:135.

2007
Blanc S: Virus transmission-getting out and in., vol 7. Edited by Heinlein EWaM. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag; 2007.

Brault V, Blanc S, Jacquot E: Comment les pucerons transmettent des maladies virales aux plantes. Biofutur 2007, 279:40-44.

Khelifa M, Journou S, Krishnan K, Gargani D, Esperandieu P, Blanc S, Drucker M: Electron-lucent inclusion bodies are structures specialized for aphid transmission of cauliflower mosaic virus. J Gen Virol 2007, 88:2872-2880.

Uzest M, Gargani D, Drucker M, Hebrard E, Garzo E, Candresse T, Fereres A, Blanc* S: A protein key to plant virus transmission at the tip of the insect vector stylet. Proc Natl Acad Sci U S A 2007, 104:17959-17964.

2006
Jridi C, Martin JF, Marie-Jeanne V, Labonne G, Blanc* S: Distinct viral populations differentiate and evolve independently in a single perennial host plant. J Virol 2006, 80:2349-2357.

2005
Ballut L, Drucker M, Pugniere M, Cambon F, Blanc S, Roquet F, Candresse T, Schmid HP, Nicolas P, Gall OL, et al.: HcPro, a multifunctional protein encoded by a plant RNA virus, targets the 20S proteasome and affects its enzymic activities. J Gen Virol 2005, 86:2595-2603.

Froissart R, Roze D, Uzest M, Galibert L, Blanc S, Michalakis Y: Recombination every day: abundant recombination in a virus during a single multi-cellular host infection. PLoS Biol 2005, 3:e89.

Moreno A, Hebrard E, Uzest M, Blanc* S, Fereres A: A single amino acid position in the helper component of cauliflower mosaic virus can change the spectrum of transmitting vector species. J Virol 2005, 79:13587-13593.

Plisson C, Uzest M, Drucker M, Froissart R, Dumas C, Conway J, Thomas D, Blanc S, Bron P: Structure of the mature P3-virus particle complex of cauliflower mosaic virus revealed by cryo-electron microscopy. J Mol Biol 2005, 346:267-277.

2004
Blanc* S: Insect transmission of viruses. In Microbe-vector interactions in vector-borne diseases. Edited by Gillespie SH, Smith GL, Osbourn A: Cambridge University Press; 2004:42-61. [Symposium S (Series Editor), vol 63.]

Froissart R, Uzest M, Ruiz-Ferrer V, Drucker M, Hebrard E, Hohn T, Blanc* S: Splicing of Cauliflower mosaic virus 35S RNA serves to downregulate a toxic gene product. J Gen Virol 2004, 85:2719-2726.

2003
Plisson C, Drucker M, Blanc S, German-Retana S, Le Gall O, Thomas D, Bron P: Structural characterization of HC-Pro, a plant virus multifunctional protein. J Biol Chem 2003, 278:23753-23761.

2002
Drucker M, Froissart R, Hebrard E, Uzest M, Ravallec M, Esperandieu P, Mani JC, Pugniere M, Roquet F, Fereres A, and Blanc* S : Intracellular distribution of viral gene products regulates a complex mechanism of cauliflower mosaic virus acquisition by its aphid vector. Proc Natl Acad Sci U S A 2002, 99:2422-2427.

Drucker M, German-Retana S, Espérandieu P, Le Gall O, Blanc* S: Purification of a viral protein from infected plant tissues using the strep tag II affinity tag. BioTech Intl. 2002, 14:16-18.

Froissart R, Michalakis Y, Blanc* S: Helper component-transcomplementation in the vector transmission of plant viruse. Phytopathology 2002, 92:576-579.

Lett JM, Granier M, Hippolyte I, Grondin M, Royer M, Blanc S, Reynaud B, Peterschmitt M: Spatial and temporal distribution of geminiviruses in leafhoppers of the genus Cicadulina monitored by conventional and quantitative polymerase chain reaction. Phytopathology 2002, 92:65- 74.

Palacios I, Drucker M, Blanc S, Leite S, Moreno A, Fereres A: Cauliflower mosaic virus is preferentially acquired from the phloem by its aphid vectors. J Gen Virol 2002, 83:3163-3171.

2001
Blanc* S Hébrard E, Drucker M, Froissart R: Molecular basis of vector transmission : Caulimoviruses. In Virus-Insect-Plant interactions. Edited by Harris K, Smith OP, Duffus JE: Academic Press; 2001:143-166.

Hebrard E, Drucker M, Leclerc D, Hohn T, Uzest M, Froissart R, Strub JM, Sanglier S, van Dorsselaer A, Padilla A, C. Dumas and S Blanc* : Biochemical characterization of the helper component of Cauliflower mosaic virus. J Virol 2001, 75:8538-8546.

Leh V, Jacquot E, Geldreich A, Haas M, Blanc S, Keller M, Yot P: Interaction between the open reading frame III product and the coat protein is required for transmission of cauliflower mosaic virus by aphids. J Virol 2001, 75:100-106.

Raccah B, Huet H, Blanc S: Potyviruses. In Virus-Insect-Plant interactions. Edited by Harris K, Duffus JE, Smith OP: Academic Press; 2001:181-206.

2000
Héricourt F, Blanc S, Redeker V, Jupin I: Evidence for phosphorylation and ubiquitinylation of turnip yellow mosaic virus RNA-dependent RNA polymerase domain expressed in a baculovirus-insect cell system. Biochem. J. 2000, 349:417-425.

1999
Blanc S, Dolja VV, Llave C, T.P. P: Histidine-tagging and purification of tobacco etch potyvirus helper component protein. Journal of Virological Methods 1999, 77:11-15.

Hébrard E, Froissart R, Louis C, Blanc* S: Les modes de transmission des virus phytopathogènes par vecteurs. Virologie 1999, 3:35-48.

Leh V, Jacquot E, Geldreich A, Hermann T, Leclerc D, Cerutti M, Yot P, Keller M, Blanc* S: Aphid transmission of cauliflower mosaic virus requires the viral PIII protein. Embo J 1999, 18:7077-7085.

1998
Blanc S, Ammar ED, Garcia-Lampasona S, Dolja VV, Llave C, Baker J, Pirone TP: Mutations in the potyvirus helper component protein: effects on interactions with virions and aphid stylets. J Gen Virol 1998, 79 ( Pt 12):3119-3122.

1997
Blanc S, Lopez-Moya JJ, Wang R, Garcia-Lampasona S, Thornbury DW, Pirone TP: A specific interaction between coat protein and helper component correlates with aphid transmission of a potyvirus. Virology 1997, 231:141-147.

1996
Blanc S, Schmidt I, Vantard M, Scholthof HB, Kuhl G, Esperandieu P, Cerutti M, Louis C: The aphid transmission factor of cauliflower mosaic virus forms a stable complex with microtubules in both insect and plant cells. Proc Natl Acad Sci U S A 1996, 93:15158-15163.

Pirone TP, Blanc S: Helper-dependent vector transmission of plant viruses. Annu Rev Phytopathol 1996, 34:227-247.

1995
Kiss-Laszlo Z, Blanc S, Hohn T: Splicing of cauliflower mosaic virus 35S RNA is essential for viral infectivity. Embo J 1995, 14:3552-3562.

1994
Schmidt I, Blanc S, Esperandieu P, Kuhl G, Devauchelle G, Louis C, Cerutti M: Interaction between the aphid transmission factor and virus particles is a part of the molecular mechanism of cauliflower mosaic virus aphid transmission. Proc Natl Acad Sci U S A 1994, 91:8885-8889.

1993
Blanc S, Cerutti M, Chaabihi H, Louis C, Devauchelle G, Hull R: Gene II product of an aphid-nontransmissible isolate of cauliflower mosaic virus expressed in a baculovirus system possesses aphid transmission factor activity. Virology 1993, 192:651-654.

Blanc S, Cerutti M, Usmany M, Vlak JM, Hull R: Biological activity of cauliflower mosaic virus aphid transmission factor expressed in a heterologous system. Virology 1993, 192:643-650.

Blanc S, Schmidt I, Kuhl G, Esperandieu P, Lebeurier G, Hull R, Cerutti M, Louis C: Paracrystalline structure of cauliflower mosaic virus aphid transmission factor produced both in plants and in a heterologous system and relationship with a solubilized active form. Virology 1993, 197:283-292

 
asques et ascospores de Magnaporthe orizae - copyright : JL Notteghem spores Magnaporthe oryzae - copyright : JL Notteghem bactéries Xanthomonas pseudoalbilineans (gauche) et Xanthomonas albilineans (droite). Les deux produisent l'antibiotique albicidine (structure en haut de la photo - copyright : S. Cociancich/A. Mainz
  champignon Magnaporthe (vert) en train d'attaquer une feuille de riz - copyright : A. Delteil/JB Morel test d'anticorps sur puceron (Mysus persicae) - copyright : MS Vernerey/M. van Munster/M. Uzest