Molecular epidemiology, genetic diversity and phylogeography of cassava mosaic geminiviruses responsibles of cassava mosaic disease in Madagascar | Épidémiologie moléculaire, diversité génétique et phylogéographie des begomovirus responsables de la maladie de la mosaïque du manioc à Madagascar

Английский. Cassava is a staple food for hundreds of millions of African people. Cassava mosaic disease (CMD) caused by cassava mosaic geminiviruses (CMGs) is one of the major constraints of its culture in Africa and Madagascar. This study aimed (1) to determine the genetic diversity of CMGs, (2) to identify the main epidemiological factors associated with CMD and (3) to determine the origin and the dispersal pattern of CMGs in Madagascar. Sampling surveys allowed to collect hundreds of cassava leaf samples and to identify the main epidemiological factors associated with CMD. Six CMG species were diagnosed with African cassava mosaic virus (ACMV), East African cassava mosaic Cameroon virus (EACMCV), East African cassava mosaic Kenya virus (EACMKV), East African cassava mosaic virus (EACMV), South African cassava mosaic virus (SACMV) and the new species named Cassava mosaic Madagascar virus (CMMGV). The CMD prevalence and abundance of the insect vector Bemisia tabaci were correlated with altitude. Thus, the lowlands (0-200m) were the most affected regions with the higher prevalence of CMD and abundance of B. tabaci. CMD infection was primarily due to the use of infected cuttings (> 89%) for plantings. ln addition, 21% of the samples tested were mixed infected by two to four CMG species and showed more severe symptoms. EACMCV was frequently detected in mixed infection while ACMV and SACMV were rather found in single infection. Distinct geographical distributions were observed for the six species. ACMV was more prevalent in highlands (> 800m) while EACMV-like were more prevalent in coastal lowlands. Phylogenetic and recombination analysis of the genome sequences of CMMGV allowed to determine the recombinant features of this species. With the exception of two recombinant regions that resembled a CMG, the non-recombinant part of the DNA-A component is most closely related to monopartite begomovirus infecting tomato in the south west lndian Ocean islands. Whereas the DNA-B component possesses one recombinant region originating from an unidentified virus, the rest of the genome is closely related to CMGs described in East Africa. The complete nucleotide sequences of a new al phasatellite molecule named Cassava mosaic Madagascar Alphasatellite (CMMGA) have been isolated from cassava mosaic diseased plant. The most closely related sequence is t hat of Coton leaf curl Gezira alphasatellite isolated in Sudan (80% nucleotide similarity). The occurrence of CMMGA in cassava culture especially from northern region of Madagascar raises questions about its implication on pathogenicity of CMGs and the expression of CMD symptoms. Cloning and sequencing methods allowed to find 400 complete nucleotide sequences which confirm the occurrence of six CMG species in Madagascar. The phylogeographic analysis suggested a single and recent introduction of ACMV from Africa mainland to Madagascar that occurred around 1993. The genetic variability within Malagasy isolates of ACMV was highly correlated with geographical distance. Diffusion of ACMV species seemed to be highly influenced by human factor. These findings raise questions about the origin, the consequences and the epidemiological risks of such CMG diversity in Madagascar especially the recombination risk causing the emergence of new and severe virus strains.

Французский. Le manioc est l'aliment de base d'un demi-milliard de personnes en Afrique. La maladie de la mosaïque ou cassava mosaic disease (CMD) causée par l'infection des bégomovirus du manioc ou cassava mosaic geminiviruses (CMGs) est une des contraintes majeures de sa culture en Afrique et à Madagascar. Ce travail de thèse traite (1) l'inventaire complet de la pression parasitaire virale sur la culture, (2) les principaux facteurs épidémiologiques de la CMD et (3) l'origine et le mode de diffusion des CMGs à Madagascar. Les campagnes d'échantillonnages ont permis de collecter des centaines d'échantillons foliaires de manioc et d'identifier les principaux facteurs épidémiologiques associés à la CMD. Une description sans précédent de six espèces de CMGs a été réalisée : African cassava mosaic virus (ACMV), East African cassava mosaic Cameroon virus (EACMCV), East African cassava mosaic Kenya virus (EACMKV), East African cassava mosaic virus (EACMV), South African cassava mosaic virus (SACMV) et une nouvelle espèce virale nommée Cassava mosaic Madagascar virus (CMMGV). La prévalence de la CMD et l'abondance de l'insecte vecteur Bemisia tabaci ont été corrélées avec l'altitude. Les régions les plus affectées par la CMD et B. tabaci sont principalement celles de basse altitude (< 200m). L'infection est très majoritairement liée à l'utilisation de boutures contaminées (95%). Par ailleurs, 21% des échantillons étaient coinfectés par deux voir quatre espèces de CMGs, avec des symptômes significativement plus sévères. L'EACMCV est plus fréquemment détectée en infection mixte à l'inverse de I'ACMV et du SACMV. La répartition géographique des CMGs est distincte. L'ACMV est prévalent en altitude (> 800m) sur les Hauts-Plateaux, tandis que les EACMV-/ike sont plus prévalent en basse altitude (0-200m) dans les zones côtières. Le replacement phylogénétique du CMMGV et l'analyse de recombinaison démontrent l'origine recombinante de ce virus. À l'exception des deux régions recombinantes de I'ADN-A apparentées aux CMGs, la région non-recombinante de l'ADN-A est génétiquement plus apparentée aux bégomovirus monopartites caractérisés sur tomate dans les îles du sud ouest de l'océan Indien. Le composant d'ADN-B possède une région recombinante issue d'un virus encore inconnu tandis que le reste du génome est apparenté aux CMGs décrits en Afrique de l'Est. Une nouvelle espèce d'alphasatellite nommée Cassava mosaic Madagascar Alphasatellite (CMMGA) a également été identifiée. La séquence nucléotidique la plus proche (80%) est celle d'un isolat soudanais du Coton leaf curl Gezira alphasatellite isolée sur coton. L'occurrence du CMMGA dans les cultures de manioc du Nord de Madagascar amène à s'interroger sur son implication dans la pathogénicité des CMGs et l'expression des symptômes de la CMD. Le clonage et le séquençage de génomes complets de bégomovirus a permis d'obtenir une description sans précédente de 400 molécules d'ADN qui ont confirmé la présence des six espèces de CMGs à Madagascar. Les analyses phylogéographiques suggèrent une seule introduction récente de I'ACMV à Madagascar depuis le continent Africain, datée aux alentours de 1993. La variabilité génétique entre les isolats malgaches d'ACMV étant fortement corrélée avec la distance géographique, la diffusion de I'ACMV semble fortement influencée par le facteur humain. Ces résultats nous ont amené à nous interroger sur les origines, les conséquences et les risques épidémiologiques d'une telle diversité de CMGs à Madagascar, notamment face aux risques d'apparition de nouveaux variants sévères par recombinaison.