Soutenance de thèse de Delyan ZAFIROV

La résistance génétique représente une stratégie efficace et respectueuse de l'environnement pour protéger la santé des plantes. Dans la diversité naturelle de nombreuses espèces végétales, les facteurs d'initiation de la traduction 4E et 4G ont été caractérisés comme une source de résistance aux potyvirus, un grand groupe de pathogènes viraux d’importance agronomique. Encodés par de petites familles multigéniques, la redondance entre les gènes 4E et 4G offre la possibilité d'inactiver leur expression dans le but de générer une résistance virale. Cependant, des observations provenant des principales plantes cultivées, notamment le poivron, la tomate et le melon, indiquent qu'une telle stratégie peut être à double tranchant et nuire à la santé des plantes et à la résistance aux virus. Pour mieux comprendre ces phénomènes, ce travail a abordé les effets secondaires liés à l'inactivation des gènes 4E/4G, en utilisant le pathosystème Arabidopsis – potyvirus. Tout d’abord nous avons réévalué si l'inactivation des facteurs d'initiation de la traduction 4E et 4G était une bonne stratégie pour générer une résistance aux potyvirus. Nous montrons que l'inactivation génétique d’eIF4E1, bien qu’associée à une résistance au potyvirus clover yellow vein virus (ClYVV), déclenche en revanche une sur-sensibilité à un autre potyvirus, le turnip mosaic virus (TuMV). Cet effet est caractérisé par une expression accrue des symptômes et une suraccumulation du virus dans la plante. Nous avons donc étudié le mécanisme responsable de cette sensibilité accrue au TuMV causée par la perte d’eIF4E1. Ceci nous a permis de montrer que lors d'une infection par le TuMV, eIF4E1 est nécessaire pour maintenir l'activité de traduction de la plante, en protégeant la protéine d'initiation de la traduction eIFiso4G1 d’être dégradée. Cette action de eIF4E1 comme un protecteur de l'appareil d'initiation de la traduction chez Arabidopsis permet de diminuer la charge virale de TuMV dans la plante et de limiter les symptômes de maladie. Nous avons enfin exploré si cet effet de sur-sensibilité associé à l'inactivation de eIF4E1 pouvait s’étendre à d'autres facteurs d'initiation de la traduction ou d’autres potyvirus de TuMV. En criblant une collection de mutants d'Arabidopsis pour ces gènes, nous montrons que l'induction de sursensibilité et le risque potentiel de contournement des résistances peuvent être un phénomène courant qui s'étend aux potyvirus ClYVV et au watermelon mosaic virus (WMV). Si ce travail expose une faiblesse dans le développement de résistances aux potyvirus basée sur la manipulation des gènes 4E et 4G, il ouvre également de nouvelles voies mécanistiques visant à mieux définir le rôle des facteurs d'initiation de la traduction dans l'infection par les potyvirus. Ces études pourraient aider à améliorer les résistances génétiques dans les champs où les cultures sont confrontées à la menace des potyvirus.

Genetic resistances represent a cost-effective and environmental-friendly way to control plant diseases. In the natural diversity of numerous plant species, translation initiation factors 4E and 4G have been identified as a resistance resource to potyviruses, a large group of viral pathogens that threaten agricultural production worldwide. Encoded by small multigene families, the redundancy between 4E and 4G genes offers the possibility to inactivate their expression for the purpose of generating virus resistance. However, observations coming from major crop species including pepper, tomato and melon, point that such strategy may be double-edged and adversely affect plant health and virus resistance. To better understand these phenomena, the present work addressed the potential side-effects associated with the inactivation of translation initiation factors, by using the well-characterized Arabidopsis – potyvirus pathosystem. We first asked whether the inactivation of translation initiation factors 4E and 4G is a good way to generate potyvirus resistance. We show that the genetic inactivation of eIF4E1 not only supplies resistance to the potyvirus clover yellow vein virus (ClYVV) but also triggers hypersusceptibility to another potyvirus, turnip mosaic virus (TuMV), characterized by increased symptoms expression and virus overaccumulation throughout the plant. We then pursued the investigation of the mechanism responsible for increased TuMV susceptibility on eIF4E1 loss. This allowed us to unveil that during TuMV infection, eIF4E1 is required to maintain the plant translation activity, prevent the degradation of the translation initiation protein eIFiso4G1 and decrease TuMV load, placing it as a safeguard of the translation initiation apparatus in Arabidopsis. Finally, we explored whether the susceptibility defects, described for the inactivation of eIF4E1, may be observed with other translation initiation factors and potyvirus species different from TuMV. By screening an extensive set of Arabidopsis mutants for these genes, we show that hypersusceptibility induction and increased risk of potential resistance breaking may be a common phenomenon that extends to the potyviruses ClYVV and watermelon mosaic virus (WMV). This work exposes a weakness in the engineering of potyvirus resistances based on the genetic manipulation of 4E/4G genes, but also opens to further mechanistic explorations to better define the role of translation initiation factor eIF4E during potyvirus infection. This may help to provide guidelines for the improvement of genetic resistances in the field where crops face the threat of potyviruses.