L’histoire évolutive d’un virus à l’origine d’une grave maladie du manioc élucidée grâce à l’analyse d’ARN ancien

Communiqué de presse commun avec le MNHN :

L’histoire débute en 2014, quand les chercheurs découvrent à l’herbier du MNHN à Paris un spécimen historique de Manihot glaziovii (plante apparentée au manioc) récolté en 1928 en République Centrafricaine. Celui-ci montre des symptômes typiques de mosaïque du manioc, une des maladies les plus graves sur cette culture en Afrique. "De tels vestiges historiques d’une maladie indiquent la présence d’un pathogène sur une plante hôte, à une date et à une localité donnée", explique Jean-Michel Lett, virologue au Cirad et spécialiste de l’étude de l’histoire et la diversité mondiale des Geminiviridae, une famille de virus causant de nombreuses maladies des cultures dont la mosaïque du manioc. 

Constituant un premier indice, la présence de symptômes caractéristiques d’une maladie sur un échantillon historique nécessite une validation moléculaire pour confirmer la présence du pathogène. “Bien que les microbes présents sur une plante lors de sa récolte avant mise en collection dans un herbier soient morts aujourd’hui, il est possible d’en isoler des acides nucléiques et de les séquencer”, commente Nathalie Becker, enseignante-chercheuse, représentante du MNHN à la Réunion. Après plusieurs tentatives d’amplification spécifique de l’ADN viral par PCR (polymerase chain reaction), aucune trace du complexe d’espèces des virus responsables de la maladie de la mosaïque du manioc n’a pu être retrouvée sur l’échantillon. “Ce résultat nous a dans un premier temps intrigué car les symptômes de mosaïques et de déformations foliaires observés sur l’échantillon historique sont typiques de la maladie”, poursuit Jean-Michel Lett. Mais il était possible que l’ADN se soit dégradé naturellement avec le temps… 

L’ARN ciblé pour identifier le virus pathogène de la plante d’herbier échantillonné

Les chercheurs du Cirad et du MNHN ont alors eu l’idée de cibler un autre support de l’information génétique : les ARN, et cela pour deux raisons majeures. Tout d’abord, parce qu’une équipe de recherche menée par Jan Kreuze, un virologiste suédois du Centre international de la pomme de terre au Pérou, avait démontré la possibilité d’identifier des génomes viraux grâce au séquençage d’ARN de petites tailles (Réf). "Ceux-ci sont produits par les cellules végétales en réponse à une infection par un virus. Ils peuvent être séquencés pour reconstruire, de manière indirecte, les génomes viraux à l’origine de l’infection", précise Adrien Rieux, génomicien des populations au Cirad à la Réunion, responsable d’un projet ANR JCJC visant à exploiter les ADN anciens issus d’herbiers pour mieux comprendre les maladies des plantes cultivées. C’est ensuite en 2014 qu’une autre équipe de recherche, dirigée par l’anthropologue et virologue anglais Oliver Smith, a appliqué cette méthode pour reconstruire le génome d’un virus historique pathogène de l’orge à partir de graines de cette même céréale datant de 750 ans ! (Réf)

“Ce résultat impressionnant nous a permis de supposer que ces petits ARN interférents pourraient, pour des raisons encore mal comprises, persister pendant de longues années après la mort de la plante”, s’enthousiasme Adrien Rieux, premier auteur de l’article. En séquençant ces fameux petits ARN interférents à partir de l’échantillon historique de manioc de 1928, les chercheurs ont ainsi réussi à reconstruire la quasi-totalité du génome de l’African Cassava Mosaic Virus (ACMV), un des agents viraux responsables de la mosaïque du manioc sur le continent africain. Après authentification par analyse des patrons de dégradation de l’ARN, le génome d’ACMV historique fraîchement reconstitué a été comparé phylogénétiquement à un large jeu de données représentatif de la diversité génétique moderne africaine de ce virus. Les chercheurs ont ainsi réussi à estimer la vitesse d’évolution du virus, ainsi qu’à dater l’existence de l’ancêtre commun à toutes les isolats africains autour des années 1850. « Cette estimation, pré-date de plus de 100 ans celles réalisées uniquement à l’aide d’échantillons contemporains isolés au champ. Elle présente une meilleure concordance avec les relevés d’occurrences historiques, puisque les plus anciennes descriptions de cette maladie remontent à 1894 en Tanzanie ».

Des milliers d’échantillons d’herbiers conservés dans des muséums d’histoire naturelle du monde entier restent encore à explorer. “Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail illustrent une nouvelle fois le potentiel incroyable des échantillons d’herbier pour reconstruire l’histoire évolutive des microbes pathogènes des cultures, un prérequis indispensable pour améliorer notre capacité à prédire la dynamique des maladies actuelles et futures”, conclut Paola Campos, doctorante MNHN accueillie au Cirad sur cette thématique.

Référence

Rieux A, Campos P, Duvermy A, Scussel S, Martin D, Gaudeul M, Lefeuvre P, Becker N,  Lett JM. Contribution of historical herbarium small RNAs to the reconstruction of a cassava mosaic geminivirus evolutionary history. Nature - Scientific Reports, 2021 https://doi.org/10.1038/s41598-021-00518-w