30.4.2 Pourquoi l’exclusion?
Des mécanismes variés sous-tendant l’EIS ont été proposés (Zhou et Zhou, 2012). Trois hypothèses méritent qu’on s’y attarde. (1) Le virus secondaire pénètre dans une cellule qui est déjà occupée par le virus primaire. Ici, les événements suivants sont possibles : (a) la PC surexprimée du virus primaire empêche le désassemblage du virus secondaire (Beachy et al., 1990 ; Lu et al, 1998) ; (b) l’ARN non enrobé, et donc non protégé, du virus secondaire est dégradé par le complexe de silençage induit par l’ARN (RISC) du virus primaire ; (c) l’ARN à brin négatif du virus primaire s’hybride à l’ARN du virus secondaire, puis les hybrides d’ARN double brin (ARNdb) sont soumis à un clivage médié par Dicer, ce qui entraîne la production de siRNA (Fig. 30.4). (2) Le virus secondaire pénètre dans des cellules préalablement amorcées par le siRNA, mais ne contenant pas l’ARN du virus primaire. Dans ce cas, le RISC cible l’ARN du virus secondaire, provoquant sa dégradation. (3) Le virus secondaire pénètre dans des cellules éloignées des cellules infectées. Ici, un signal à longue distance est envoyé pour amplifier la réponse de silençage par l’ARN polymérase dépendante endogène (RdRp), qui est capable d’activer le RISC et de dégrader l’ARN du nouvel entrant.
L’hypothèse sur l’EIS médiée par la PC s’est fortement appuyée sur la constatation que des N. tabacum et N. benthamiana exprimant la CP du TMV présentaient une résistance à l’infection par ce virus, ce qui suggère que la CP interfère avec le désenrobage des particules de TMV à l’intérieur de la cellule (Beachy et al, 1990 ; Lu et al., 1998). Cependant, la responsabilité exclusive de ce mécanisme pour la DIE est contestable, principalement parce qu’il a été démontré que la DIE est conférée avec succès par des variants viraux et des viroïdes défectueux pour la PC (Gal-On et Shiboleth, 2006). La SIE indépendante de la PC entre les variants déconstruits du TMV peut fonctionner dans N. benthamiana comme un mécanisme d’induction précoce et de propagation rapide (Julve et al., 2013). Dans un variant déconstruit, les fonctions indésirables du génome sont supprimées et le virus est réassemblé en transférant les fonctions manquantes à l’hôte ou en les remplaçant par des fonctions analogues qui ne proviennent pas d’un virus. Les plants de blé infectés par le TriMV exprimant le WSMV NIa-Pro ou CP ont été considérablement protégés de la surinfection par le WSMV marqué par une protéine fluorescente verte (WSMV-GFP), ce qui suggère que ces deux cistrons sont des effecteurs SIE codés par le WSMV (Tatineni et French, 2016). De plus, la mutagenèse par délétion a révélé que l’élicitation de la SIE par NIa-Pro nécessite la protéine entière, alors que CP ne nécessite qu’un fragment central de 200 acides aminés de la protéine de 349 acides aminés. Il est intéressant de noter que des expériences réciproques avec l’expression des protéines du TriMV par le WSMV ont montré que, de manière similaire, le TriMV CP et le TriMV NIa-Pro excluent la surinfection par le TriMV-GFP. On peut conclure que les protéines CP et NIa-Pro codées par le WSMV et le TriMV sont capables de déclencher la résistance à la surinfection et que ces deux protéines suscitent la SIE indépendamment l’une de l’autre (Tatineni et French, 2016).
Le silençage systémique, qui joue un rôle substantiel dans la troisième hypothèse, peut aider à comprendre les phénomènes de » récupération » et d' » îles vertes « , observés dans certaines infections naturelles et dans les plantes transgéniques exprimant des transgènes dérivés de virus. Le phénomène de récupération, qui se caractérise par une réponse initiale sévère des plantes à l’infection virale suivie d’une réduction à la fois de la gravité des symptômes et du niveau d’ARN dans les jeunes feuilles supérieures, est connu pour se produire chez de nombreuses espèces végétales (Nie et Molen, 2015). Chez les plants de tabac infectés par le PVY, l’élimination des trois premières feuilles situées au-dessus des feuilles inoculées a empêché l’apparition de la reprise, ce qui pourrait indiquer que le signal médiateur de la reprise est généré dans ces feuilles. De manière intéressante et inattendue, le niveau réduit d’ARN du PVY dans les feuilles supérieures a également été observé dans les plants de tomate, mais pas dans les plants de pomme de terre.
Comme l’ont souligné Ziebell et Carr (2010), l’hypothèse impliquant l’extinction de l’ARN fournirait une explication plausible de la raison pour laquelle la SIE ne se produit qu’entre des souches/isolats de virus étroitement liés et nécessite un intervalle de temps entre les inoculations. Un modèle mécaniste plus récent postulé par Zhang et al. (2018) pour les virus à ARN suppose que la PIE manifeste une fonction virale qui empêche les génomes de la descendance de se reproduire dans les cellules de leurs parents, et qu’elle cible collatéralement les virus surinfectants hautement homologues qui ne se distinguent pas des virus de la descendance. Il est en outre proposé que le SIE puisse être sélectionné au cours de l’évolution pour maintenir une fréquence d’erreur optimale dans les génomes de la descendance.
Ces dernières années, un certain nombre d’essais notables ont été réalisés dans lesquels le séquençage profond et l’analyse bioinformatique de la population de petits ARN (sRNA-omics) ont été utilisés non seulement pour le diagnostic des virus à ARN et à ADN et la reconstruction de leurs génomes, mais aussi pour reconstruire les viromes dans les infections mixtes (examiné dans Pooggin, 2018). L’approche sRNA-omique utilise un système de défense antivirale basé sur l’ARNi impliquant la génération de siRNA. Dans une expérience de protection croisée avec des tomates, une souche douce CH2 du virus de la mosaïque du pépino (PepMV ; Potexvirus, Alphaflexiviridae) a été testée pour la protection contre la souche LP du même virus (Turco et al., 2018). Les inoculations réciproques ont entraîné une double infection de toutes les plantes individuelles par les souches CH2 et LP, reconstruites sous forme de contigs d’ARNs distincts. L’invasion des plantes pré-infectées par CH2 par la souche LP, et vice versa, s’est accompagnée d’altérations des séquences génomiques consensus dans les quasi-espèces virales. Ces résultats peuvent indiquer que l’utilisation de la protection croisée comme moyen de lutte contre les maladies virales des plantes peut être grevée d’un risque élevé.
Un point faible de l’approche sRNA-omique est son incapacité à reconstruire complètement les séquences génomiques de deux, ou plus, souches virales ou variants génétiques présentant une identité de séquence élevée. Une étude de cas réalisée par Turco et al. (2018) sur un plant de pomme de terre infecté naturellement a révélé un virome comprenant des souches NTN et O de PVY, dont les sRNA se sont assemblés en contigs chimériques, qui ont pu être désembrochés en les comparant aux séquences du génome de référence. Deux souches c-oinfectantes n’ont pu être assemblées de novo en contigs d’ARNs spécifiques de la souche que pour une portion 5′ de 1 kb des génomes viraux, qui partagent 75 % d’identité nucléotidique. Les autres parties des génomes, partageant plus de 87 % d’identité, ont fusionné en un seul contig de petit ARN chimérique et n’ont pu être séparées que par un assemblage de génome de référence. Pooggin (2018) souligne que dans les cas susmentionnés et similaires, les génomes viraux recombinants potentiellement présents dans la population de quasi-espèces à virome mixte ne peuvent pas être reconstruits de manière fiable à partir des lectures de petits ARN.
Il convient de souligner qu’il existe plusieurs voies de silençage cellulaire en plus de celles impliquées dans la défense (Brodersen et Voinnet, 2006 ; Zhang et Qu, 2016). Zhang et al. (2015) ont signalé que des plantes d’Arabidopsis et de N. benthamiana de type sauvage et défectueuses en matière de silençage de l’ARN présentaient un schéma similaire de dominance aléatoire par plusieurs génotypes variants du turnip crinkle virus (TCV ; Carmovirus, Tombusviridae). Cette constatation peut indiquer que, malgré la dépendance de l’ARN silencieux et de l’EIS à une grande similarité de séquence entre l’inducteur et le virus de défi, il existe un autre mécanisme derrière la protection croisée, distinct de l’ARN silencieux, qui attend d’être élucidé.