Chapitres

Virus de la mosaïque du tabac - Tobacco mosaic virus

Les virus s’attaquent aussi aux plantes !

Le virus de la mosaïque du tabac a été le premier virus identifié. Dès 1883, Adolf Mayer décrit une maladie du tabac qui provoque des mosaïques, marbures et décoloration de feuilles chez cette plante de la famille des Solanacées. Plus tard, un chercheur russe, Dimitri Ivanovski, montre que l’agent infectieux qui provoque cette maladie est capable de traverser des filtres poreux en porcelaine, appelés bougies de Chamberland : ces filtres ne permettent pas le passage des bactéries. Finalement, Martin Beijerinck met en évidence la caractère contagieux du fluide filtré, en spécifiant que celui-ci n’est nullement contaminé par des bactéries. M. Beijerinck utilise le terme « virus » qui signifie poison en latin… C’est le début de l’histoire de la virologie. Le virus de la mosaïque du tabac sera à la source de bien des découvertes sur le plan scientifique, comme la première cristallisation d’une protéine virale qui vaudra à W. Stanley un prix Nobel, la découverte que le virus est constitué d’une nucléoprotéine par F. Bawden, la première image en microscopie électronique d’un virus (Kausche et al., 1939), l’hypothèse, vérifiée depuis lors, posée par Rosalind Franklin qu’une seule molécule d’ARN simple brin était associée avec le virus et le modèle qu’elle prépara pour l’exposition universelle de Bruxelles en 1958, la compréhension de l’assemblage de la capside virale, la résistance au virus de tabac modifié génétiquement par l’introduction d’une séquence du génome viral ou encore la compréhension de la manière dont le virus se déplace de cellules à cellules !

La maladie de la mosaïque du tabac

Le virus de la mosaïque du tabac provoque une mosaïque sur cette plante, et affecte plusieurs solanacées comme la tomate ou le poivron. Le virus a déjà été détecté dans neuf familles différentes et sur plus de 125 espèces de plantes différentes, bien que plusieurs souches aient été décrites, avec parfois des propriétés différentes sur le plan de leur relation avec l’hôte. Ubiquiste, le virus est trouvé partout dans le monde où le tabac est cultivé.

Description du virus (génome, structure)

Le génome du virus est composé d’un ARN simple brin de polarité positive, d’une longueur d’environ 6300 nucléotides. Organisé d’une manière simple, il code pour un nombre limité de protéines :  les composants de la réplicase d’origine virale de 126 KDa et, via translecture, de 183 Kda est produite directement au départ du génome viral. Après purification, il a été montré qu’ils étaient associés avec un facteur de type eIF-3 produit par le tabac. Les autres protéines sont produites au départ d’ARN subgénomiques, Ces ARNs codent respectivement pour la protéine de mouvement (30 KDa), la protéine de capiside et pour une troisième protéine appelée 54 KDa.

Le génome est flanqué de séquences non codantes, coiffé en 5’ et terminé en 3’ par une structure en ARN-T, avec 5 pseudo-nœuds.

Génome du virus de la mosaïque du tabac

V.3.3. Génome du virus de la mosaïque du tabac
Le génome viral est constitué d’un brin d’ARN de polarité positive, qui comporte, dans l’ordre : une région 5’non codante (5’NC ou 5’UTR), trois cadres de lecture codant pour le complexe réplicase, suivi de deux cadres de lecture permettant, via des ARN subgénomiques, la production de la protéine de mouvement et de la protéine de capside. Le génome viral se termine par une extrémité 3’NC, avec une structure en forme d’ARN-T qui comporte cinq pseudo-noeuds.

 

Le virion, en microscopie électronique à transmission, apparaît comme un bâtonnet de 300 nm de long. Il est en fait constitué de 2300 protéines de capside, enroulées autour de l’ARN en une structure hélicoïdale qui comporte 16 1/3 molécules par tour, d’un diamètre de 18 nm. Sur les micrographies électroniques, un canal central, vide, est clairement visible. Trois nucléotides du génome sont associés avec une protéine de capside. Cette structure assure une protection remarquable du virus et explique sa stabilité exceptionnelle. Le virus possède un point d’inactivation thermique (TIP-thermal inactivation point) de 90°C, ce qui signifie qu’il est capable de survivre à un chauffage de 90°C pendant 10 minutes. L'assemblage du virion débute par une association précise de l’ARN viral (au niveau d'une origine d'assemblage ou "origin of assembly" - OAS), avec des groupes de protéines de capsides s’autoassociant aux conditions de pH et de force ionique cellulaires.

Le cycle du virus dans la plante

Le virus est transmis mécaniquement. Dès l’entrée dans la cellule, des ribosomes d’origine cytoplasmique s’associent avec l’extrémité 5’ de l’ARN viral et facilitent ainsi le processus de désencapsidation (Wilson et al., 1984). Le complexe réplicase entre en action pour permettre la synthèse des ARNs subgénomiques. Ceux-ci vont permettre la synthèse assez rapidement de la protéine de mouvement, qui permet au virus de bouger de cellules à cellules sous la forme d’un complexe nucléo-protéinique. La protéine 30 kDa exerce un effet sur la taille d’exclusion limite des plasmodesmes pour faciliter le passage du virus d’une cellule à l’autre, et est associée avec le cytosquelette cellulaire, pour diriger le virus vers les plasmodesmes : cette protéine est produite rapidement durant le cycle viral, mais est dégradée ultérieurement (Padgett et al., 1996). Plus tard, le virus va produire la protéine de capside en abondance et le virion sera assemblé.  La protéine de capside est impliquée dans le mouvement « longue distance », par opposition au mouvement de cellule à cellule, du virus. On a montré que la réplication virale était efficace dans les cellulles épidermiques, dans le mésophylle ainsi qu’au niveau de poils racinaires et de trichomes. La localisation du virus est principalement cytoplasmique, mais on a montré une présence dans les chloroplastes.

Le mouvement du virus de la mosaïque du tabac dans la plante

Les plantes ont développé des stratégies complexes pour réguler le mouvement intercellulaire et longue-distance des ARN. Les virus des plantes ont ainsi été un outil de choix pour l’étude des mécanismes moléculaires de ce mouvement de l’ARN, et parmi ceux-ci, le virus de la mosaïque du tabac occupe une place prépondérante.

Mouvement de cellule à cellule

Le virus cible les plasmodesmes cellulaires : la protéine de mouvement du virus, souvent appelée MP ou K30, est capable de moduler la taille d’exclusion limite (ou SEL) des plasmodesmes. Elle a aussi la capacité de s’associer aux ARN monocaténaires simple brin du virus pour former un complexe nucléo-protéinique dont les dimensions sont compatibles avec une translocation au travers des plasmodesmes. La protéine capsidiale du virus n’est pas nécessaire pour assurer ce type de mouvement. Si l’on injecte la protéine de mouvement dans une cellule végétale, celle-ci est capable de bouger rapidement de cellules à cellules. On pense ainsi que les protéines de mouvement d'origine virale reflètent des protéines de plantes impliquées dans le mouvement et la régulation du trafic intercellulaire d’ARN, un domaine passionnant lié à la régulation systémique des gènes. La fusion de la protéine de mouvement du VMT-TMV avec la protéine verte fluorescente (GFP) a permis de localiser celle-ci au sein de la cellule végétale : on a pu montrer ainsi que, outre les plasmodesmes, la protéine de mouvement était localisée en association avec le réticulum endoplasmique et le cytosquelette, les microtubules et filaments d’actine que l’on trouve dans la cellule. Il semble donc que l’ARN viral se déplace, depuis les sites associés à sa réplication au niveau du réticulum endoplasmique jusqu’aux plasmodesmes à l’aide des filaments d’actine.

En se déplaçant de cellules en cellules, le virus est ainsi capable de suivre la voie symplastique et d’éviter la barrière constituée par le cadre de Caspari, pour rejoindre les éléments vasculaires de la plante…

Mouvement longue distance

Le mouvement du virus sur de longues distances est moins bien connu. Le modèle le plus couramment proposé est celui d’un mouvement depuis les cellules du mésophylle vers les cellules-compagnes du phloème, puis au sein du phloème, et certainement un mouvement inverse pour la décharge ultérieure du virus. On sait toutefois que la protéine de capside est souvent nécessaire à un processus de mouvement à long terme du virus, et c’est bien le cas pour le virus de la mosaïque du tabac. Ryabov et al. (1998) ont même montré qu’il était possible de complémenter un VMT-TMV sans capside à l’aide d’une protéine d’un autre virus, le virus de la rosette de l’arachide ou Groundnut rosette virus !

Comment le virus de la mosaïque du tabac est-il transmis d’une plante à l’autre ?

Le virus est transmis d’une manière très efficace par voie mécanique. On le trouve facilement associé à des vêtements ou des structures de serres, par exemple. Des débris de végétaux peuvent servir la transmission via le sol. Le virus peut être transmis par insectes (type buccal de type broyeur), vraisemblablement par contacts mécaniques. Le virus est souvent associé avec des tissus externes à la graine et peut donc permettre une infection précoce par blessure de l’embryon lors de la germination. Des transmissions par cuscutes ont été répertoriées, mais le virus est incapable de se répliquer dans ce type de plantes.

Comment contrôler le virus

Le meilleur moyen pour contrôler le virus est d’adopter une prophylaxie poussée. Eviter toute infestation et travailler avec des plantes saines au départ, limiter les infections potentielles par des mesures de prudence simples, comme par exemple demander aux travailleurs de se laver les mains au savon ou d’éviter de fumer (le tabac manufacturé est une source d’infection). Le virus est aussi inactivé avec de l’hypochlorite de sodium à 1 %. Le trempage des mains des travailleurs dans du lait à 1% a été également utilisé pour limiter l’infection virale, sur un plan expérimental.

L’usage de cultivar de tabac résistant au virus a permis de limiter les pertes en rendement à environ 1%. C'est avec le TMV que l’on a démontré pour la première fois le concept de « résistance dérivée du pathogène », en clonant un gène du virus dans une plante de Nicotiana. Plusieurs plantes transgéniques expriment une résistance au virus. Il est aussi possible de protéger la plante en l’inoculant « préventivement » à l’aide d’une souche du TMV peu virulente : c’est ce qu’on appelle la prémunition. Cette technique, bien qu’effective, présente plusieurs limitations qui ont empêché son utilisation sur une large échelle, comme par exemple la possibilité de synergisme avec des infections par d’autres espèces virales.

La semence suspectée d’infection peut être traitée à la chaleur ou trempée dans une solution de sodium triphosphate.

Utiliser le virus pour produire des vaccins ou comme vecteur dans des plantes ?

La structure du virus, qui permet d’envisager une longueur variable du génome, la très haute teneur en virion des plantes infectées (on peut extraire jusqu’à 4 grammes de virus par kilo de plantes), l’excellente connaissance du génome viral et de son fonctionnement et sa capacité à infecter plusieurs types de plantes ont amené des scientifiques à proposer d’utiliser le virus pour la production de protéines d’intérêt médical.