Fluctuations démographiques au cours du cycle de vie du CAMV (Cauliflower mosaic virus)

The Cauliflower mosaic virus (CaMV, a double-strand DNA plant virus) is non-circulatively transmitted by aphid vectors. As for many other viruses with a high mutation rate, ample demographic fluctuations along the life cycle, that are most often poorly defined, may have considerable impact on the evolution of fitness, due to intense genetic drift and associated Muller’s ratchet. In order to monitor the CaMV populations we constructed 6 infectious clones, each containing a unique genetic marker at the same locus. We have developed and implemented a new analysis method: Quantitative Singleletter Sequencing (QSS) to determine the presence/absence and monitor the frequency of the markers in an infected plant. We first assessed the effective size of CaMV populations during host plant colonisation, and found that hundreds to thousands of genomes are founding the population in every single new leaf during systemic infection. This evaluation is 10 to 100 fold higher than that previously published for all other plant viruses, suggesting that ample demographic fluctuation during host infection is not a general rule for plant viruses. Then, we addressed the natural multiplicity of infection of cells (MOI) in CaMV infected plants, a trait that has never been investigated before in plant viruses, and very rarely in other virus species. We showed for the first time that the mean MOI value is not a constant, and increases along the course of the host infection, reaching a maximum value close to 7 for CaMV, largely exceeding the rare estimates available in the literature on animal viruses or phages. Indirect hints collected in the literature suggest that other plant viruses may have an oppositely very low MOI (close to 1), and the causes and/or consequences of this contrasted situation on the biology of viruses is discussed in depth. This represents a new field of investigation to be developed in the group in the next future. Finally, using the EPG technique, we have controlled the feeding behaviour of aphid vectors acquiring CaMV, and evaluated the impact of this vector behaviour on the size of the bottleneck induced on viral population during plant-to-plant transmission.

Le CaMV (Cauliflower mosaic virus) est un virus de plante à ADN double brin transmis par des pucerons. Comme pour tous les virus avec un taux de mutation élevé, les larges fluctuations démographiques au cours du cycle de vie sont supposées avoir un fort impact sur l’évolution de la valeur sélective, du fait de la dérive génétique intense, et des effets associés du cliquet de Muller. Pourtant, de telles données démographiques sont rares. Afin de suivre l’évolution des populations de CaMV nous avons construit 6 clones infectieux contenant chacun un marqueur génétique distinct à un même locus. Nous avons développé une nouvelle méthode d’analyse : Quantitative Single-letter Sequencing (QSS) permettant de déterminer leur présence/absence et de suivre l’évolution de leur fréquence au sein d’une plante infectée. Tout d’abord, nous avons évalué la taille efficace des populations de CaMV durant l’invasion de l’hôte : plusieurs centaines à plusieurs milliers de génomes sont à l’origine de la colonisation de chaque feuille au cours de l’infection systémique. La diversité virale, au sein des populations du CaMV, est en conséquence distribuée de manière très homogène dans toutes les feuilles infectées de l’hôte. Cette évaluation est surprenante puisqu’elle est 10 à 100 fois supérieure à ce qui a été estimé auparavant chez tous les phytovirus étudiés. Elle démontre ainsi que la très faible taille efficace de population, et donc les larges fluctuations démographiques durant le cycle d’infection in planta, ne sont pas une règle générale chez les virus de plante. Ensuite, nous avons déterminé la multiplicité d’infection cellulaire naturelle (MOI, multiplicity of infection) qui se définit ici comme le nombre moyen de génomes qui pénètrent dans (et infectent) chaque cellule de l’hôte. Cette étude est inédite dans le sens où ce paramètre n’avait jamais été établi chez un virus de plante, et où nous avons montré pour la première fois que la MOI n’est pas une constante mais qu’elle augmente au fil du développement de l’infection pour atteindre un plateau, à une valeur proche de 7 dans le cas du CaMV. Cette valeur est très élevée ; elle dépasse amplement les données disponibles dans la littérature, quelle que soit l’espèce virale considérée. Des indices indirects semblent notamment suggérer que la MOI d’autres espèces de phytovirus puisse être très faible. Les causes et/ou conséquences de ces comportements contrastés (MOI forte ou faible) sur la biologie du virus représentent un champ de perspectives considérable pour l’équipe dans les années à venir. Enfin, à l’aide de la technique d’EPG, nous avons contrôlé le comportement alimentaire des pucerons vecteurs, et évalué l’impact de ce comportement sur le goulot d’étranglement induit sur la population virale lors de la transmission.