Thèse Rôle des Séquences Virales Endogènes dans la Régulation des Gènes de Plantes et l'Immunité Antivirale H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants Laboratoire de recherche : IJPB - Institut Jean-Pierre Bourgin-Sciences du Végétal Direction de la thèse : Florian MAUMUS ORCID 0000000173250527 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Les séquences virales endogènes (EVE) résultent de l'intégration de fragments de génomes viraux dans l'ADN de leurs hôtes et constituent une archive unique des interactions passées entre virus et organismes. Chez les plantes, la majorité des EVE décrites appartient à la famille Caulimoviridae, la seule famille de virus rétrotranscrits chez les végétaux. Bien que dépourvus d'intégrase, ces virus laissent des traces abondantes dans les génomes de plantes vasculaires, sous la forme de séquences endogènes (ECV) pouvant atteindre plusieurs milliers de copies. L'étude des ECV a permis d'identifier de nouvelles lignées de Caulimoviridae et de reconstruire des scénarios d'évolution de cette famille virale sur plusieurs centaines de millions d'années, en mettant notamment en évidence une co-évolution étroite avec les trachéophytes. Cependant, si leur intérêt en tant que témoins de l'évolution virale est bien établi, leur impact fonctionnel sur l'architecture et le fonctionnement des génomes végétaux demeure largement méconnu. Le projet de thèse proposé vise à explorer ce rôle potentiel des ECV selon deux axes complémentaires. Le premier porte sur leur impact sur la structure et la régulation des génomes des plantes. Des approches de génomique comparée, qui s'appuieront sur l'outil Caulifinder, récemment développé par les équipes proposantes, permettront d'annoter et de comparer systématiquement les ECV dans les génomes de Solanaceae modèles (tomate, pomme de terre, aubergine). L'accent sera mis sur la contribution possible des ECV à la modification des gènes, à l'émergence de nouveaux profils d'expression et à l'apport de promoteurs viraux fonctionnels, qui seront testés expérimentalement au moyen d'essais d'expression transitoire. Le second axe portera sur le rôle des ECV dans l'immunité antivirale, notamment par la production de petits ARN interférents (siRNA). Les loci générant ces siRNA seront caractérisés et leur efficacité évaluée au moyen d'infections expérimentales impliquant un génome viral synthétique de Florendovirus. Des analyses menées sur des mutants de tomate affectés dans les voies de silencing permettront de tester directement l'hypothèse d'une immunité acquise médiée par les ECV. Les séquences virales endogènes (EVE) sont des séquences issues de génomes viraux qui se sont intégrées dans le génome de leur hôte durant des épisodes d'infection virale. Lorsque ces intégrations se produisent dans les cellules de la lignée germinale, les EVE peuvent être transmises verticalement aux générations successives comme partie de leur patrimoine génétique. L'étude des EVE est passionnante à plusieurs titres. Chez les mammifères, environ 10% du génome est constitué de séquences de rétrovirus endogènes (ERV). Bien que la plupart des ERV soient dénués de fonction, des analyses du génome humain ont montré que certaines séquences promotrices issues d'ERV contribuent au réseau de régulation transcriptionnelle des gènes en portant des sites de liaison pour des facteurs de transcription jouant un rôle clé dans la différentiation cellulaire et le développement embryonnaire. Par ailleurs, des gènes codant des protéines de rétrovirus peuvent être domestiqués et conduire à l'acquisition de nouvelles fonctions. C'est le cas, par exemple, des gènes codant pour les syncytines dont l'expression est indispensable à la formation du placenta chez les mammifères. Certaines EVE peuvent avoir une fonction dans la défense antivirale basée sur les mécanismes de silencing, via la production de petits ARN interférents (siRNA). Enfin, les EVE peuvent provenir d'espèces virales jusque-là inconnues ou disparues et témoigner d'une interaction entre ces virus et leurs hôtes. Leur étude, par des approches de paléovirologie, permet d'aborder l'histoire évolutive de familles virales sur des pas de temps très élevés pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de millions d'années [1].
Chez les plantes terrestres, la grande majorité des EVE connues et caractérisées appartient à la famille Caulimoviridae qui comprend onze genres reconnus par l'International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) [2]. Les Caulimoviridae sont une famille de virus à génome ADN double-brin circulaire et la seule famille de virus rétrotranscrits chez les plantes. Ils sont apparentés à des éléments transposables (TE) très abondants dans les génomes de plantes, les rétrotransposons à Long Terminal Repeats (LTR) de type Ty3/Gypsy et Ty1/Copia, et regroupés au sein de l'ordre Ortervirales qui comporte quatre autres familles de virus, dont la famille Retroviridae. Comme celui des rétrotransposons à LTR, le génome des Caulimoviridae code notamment pour des protéines ayant des fonctions enzymatiques, comme la transcriptase inverse (RT), dont le gène est le plus conservé au sein des Caulimoviridae et sert de gène marqueur de diversité. À l'inverse des autres familles de l'ordre Ortervirales, le génome des Caulimoviridae ne code pas d'intégrase, enzyme permettant l'intégration du génome viral dans celui de l'hôte durant leur cycle de réplication. Malgré l'absence d'intégrase, les séquences Caulimoviridae endogènes (ECV) sont très largement répandues dans les génomes des plantes vasculaires (trachéophytes), parfois sous forme de séquences répétées en nombre de copies significatif pouvant aller jusqu'à plusieurs milliers. Il est vraisemblable que l'intégration des ECV résulte d'événements de recombinaison non homologue intervenus lors de réparations de cassures double-brin de l'ADN hôte ou par l'intermédiaire de protéines produites par des séquences de TE [3].
L'étude des ECV a permis d'identifier et d'assembler in silico des génomes viraux pour lesquels des formes épisomales (génome viral circulaire libre et infectieux) ne sont pas connues. Les ECV correspondants témoignent de formes virales et d'interactions passées, qui renseignent sur l'évolution du spectre d'hôtes et de l'organisation génomique des Caulimoviridae depuis des centaines de millions d'années. Durant la dernière décennie, en collaboration avec Pierre-Yves Teycheney (CIRAD, UMR PVBMT), nous avons largement exploré les ECV afin d'étudier l'histoire évolutive des Caulimoviridae, la caractérisation de leur diversité et de leur gamme d'hôtes. Notamment, le travail de thèse effectué par Héléna Vassilieff, qui a bénéficié d'un cofinancement BAP-CIRAD sur l'IB 2021, a permis, en confrontant les relations phylogénétiques des Caulimoviridae à la taxonomie des plantes hôtes, de proposer un scénario de macroévolution dans lequel la cospéciation avec les trachéophytes apparaît comme le principal moteur de la diversification des Caulimoviridae [4]. Si l'étude des ECV a déjà permis des progrès considérables dans la compréhension de l'évolution des Caulimoviridae, l'impact des ECV, et plus largement celui des EVE, sur l'architecture et le fonctionnement des génomes végétaux reste encore très largement méconnu. Leur rôle potentiel dans la régulation de l'expression des gènes, dans la défense antivirale ou dans la génération de variabilité génomique exploitable reste à explorer, et l'étude de leur contribution éventuelle à l'acquisition de traits adaptatifs doit être approfondie. Le sujet de thèse proposé a donc pour objectif d'aborder directement ces aspects, en caractérisant le rôle des ECV dans la régulation des gènes et l'immunité antivirale sur un modèle Solanaceae.
1. Rôle des ECV dans la régulation des gènes

Les ECV pourraient influencer la régulation des gènes hôtes de plusieurs manières :
- en provoquant des altérations structurales dues à leur insertion dans la partie codante des gènes pouvant causer une interruption du cadre de lecture, ou dans les introns, pouvant modifier des sites d'épissage des transcrits.
- en modifiant les régulations transcriptionnelles du fait de leur insertion en amont des gènes, avec un impact possible sur la chromatine ou par l'apport de nouvelles séquences cis-régulatrices modifiant les profils d'expression.
- en apportant des promoteurs viraux [5]. Les Caulimoviridae sont connus pour posséder des promoteurs constitutifs puissants, tels que le promoteur 35S du cauliflower mosaic virus, largement utilisé en biotechnologie. Des régions promotrices putatives ont déjà été identifiées dans les génomes de Solanaceae (genres Florendovirus et Solendovirus), mais leur activité fonctionnelle n'a jamais été évaluée de manière systématique.

La thèse a pour premier objectif de caractériser le potentiel des ECV comme source de régulation transcriptionnelle chez les plantes, en identifiant, validant et testant expérimentalement leurs séquences promotrices.

2. Rôle des ECV dans l'immunité antivirale

Les résultats d'études antérieures suggèrent un rôle possible des ECV dans la défense des plantes contre les virus :
- Production de petits ARN : des siRNA dérivés d'ECV ont été décrits depuis près de vingt ans, associés à un silencing par homologie de séquence. Plus récemment, Valli et al. (2022) ont identifié chez la tomate des loci spécifiques (TSA, Ttranscriptionally competent siRNA Areas), correspondant à des copies d'ECV réarrangées en répétitions inversées, capables de générer constitutivement des siRNA de 22-nt via DCL2 (Dicer-Like2). Ces siRNA dirigent le clivage d'ARN viraux « tests » artificiellement sensibilisés, montrant le potentiel des TSA comme acteurs de l'immunité antivirale [6].
- Variabilité interspécifique : Lopez-Gomollon et al. ont montré que les profils de siRNA diffèrent entre hybrides interspécifiques du genre Solanum et leurs parents, particulièrement pour ceux dérivés des ECV [7]. Ceci suggère que l'expression des siRNA issus des ECV pourrait contribuer à des phénotypes immunitaires dans des fonds génétiques spécifiques.
- Réactivation d'ECV infectieux : dans de très rares cas (petunia, tabac, bananier), des ECV peuvent redevenir actifs et produire des particules virales, un phénomène limité à des hybrides inter-espèces, mais qui illustre leur potentiel de réactivation [3].

La thèse a pour second objectif d'évaluer la contribution des ECV au silencing antiviral, en caractérisant les loci producteurs de siRNA et leur impact fonctionnel sur les interactions plante-virus.