Study of viral factors of LMV (Lettuce mosaic virus) involved in the overcoming of eIF4E-mediated resistance in lettuce : role of the cylindrical inclusion protein (CI)

In recent years, the factors of the eukaryotic translation initiation complex were identified as essential determinants of plant susceptibility to RNA viruses, including potyviruses, the largest and economically the most important of the plant virus groups. Members of this group are responsible for important virus diseases affecting all types of vegetable, fruit, and field crops.In particular, the recessive alleles mo11 and mo12 of mo1 gene, which previously identified as encoding for the translation initiation factor eIF4E, are currently used to protect lettuce crops against lettuce mosaic potyvirus (LMV).Based on the results obtained in the laboratory showing that the LMV determinants involved in the mo1 resistance overcoming include not only the area encoding for the VPg but also upstream, the C-terminal region of that encoding for the CI, my work of thesis consisted in (1) confirm that LMV encodes for two virulence factors, CI and VPg (2) identified by site-directed and random mutagenesis a key amino acids of the CI protein involved in eIF4E-mediated resistance overcoming (3) initiate a functional characterization of interactions involving the three partners eIF4E, VPg and CI.The results obtained showed that the exchange of VPg of a virulent isolate (LMV-E) in a non-virulent (LMV-0) is sufficient to restore full compatibility with lettuce cultivars carrying mo11 allele, but not mo12, whereas the region encoding for the C-terminal portion of the CI and 6K2, is sufficient to overcoming both mo1 alleles. The point mutation in the CI (LMV-0-S621T) obtained by site-directed mutagenesis is able to overcome the resistance conferred by mo12 and partly that conferred by mo11 while the reciprocal mutation (LMV-E-T621S) loses its ability to overcome both resistance alleles.So this is the first example of a potyvirus CI gene acting as a virulence determinant in overcoming eIF4E-mediated resistance. Indeed, the potyvirus VPg was previously identified as the sole virulence determinant vis-a-vis eIF4E. It seems that LMV can use two viral factors (CI and VPg) to overcome the mo1 resistance alleles.This property, combined with the fact that LMV isolates from the wild or ornamental origin are able to evolve towards the overcoming could therefore pose a risk to the durability of the mo1 resistance. Preliminary works were carried on during this thesis to better understand the exact role of mutations affecting virulence factors in the evolutionary process of adaptation of LMV to the pressures imposed by mo1 alleles.Finally, the involvement of the LMV CI in mo1 resistance breaking suggests that this protein could also interact (such as VPg), directly or indirectly with eIF4E. We have shown for the first time in vitro and in vivo interactions between the C-terminal region of the CI protein and the lettuce eIF4E protein. In addition, the mutation at position 621 of the CI which has a key role in mo1 resistance overcoming does not seem to affect these interactions in vitro. ; Ces dernières années, les facteurs du complexe d'initiation de la traduction eucaryote ont été identifiés comme des déterminants essentiels dans la sensibilité des plantes aux virus à ARN, y compris les potyvirus, genre le plus important à la fois de par leur nombre et leur importance économique chez des espèces légumières, fruitières et de grandes cultures.En particulier, les allèles récessifs mo11 et mo12 du gène mo1 précédemment identifié comme codant pour le facteur d'initiation de la traduction eIF4E, sont actuellement utilisés pour protéger les cultures de laitue contre le potyvirus de la mosaïque de la laitue (LMV).Partant des résultats obtenus au laboratoire démontrant que les déterminants du LMV impliqués dans le contournement de la résistance mo1 comprennent non seulement le domaine codant pour la VPg mais aussi, en amont, l’extrémité carboxy-terminale de celui codant pour la CI, mon travail de thèse a consisté à (1) confirmer que le LMV code pour deux facteurs de virulence, la CI et la VPg (2) identifier par mutagenèse dirigée et aléatoire des acides aminés clés de la CI impliqués dans le contournement de la résistance contrôlée par eIF4E (3) entamer une caractérisation fonctionnelle des interactions impliquant les trois partenaires eIF4E, CI et VPg.Les résultats obtenus ont montré que l'échange de la VPg d'un isolat virulent (LMV-E) dans un non virulent (LMV-0) est suffisant pour restituer la compatibilité complète avec les variétés de laitue portant l'allèle mo11, mais pas mo12, alors que la région codant pour la portion C-terminale de la CI et la 6K2, suffit pour contourner les deux allèles de mo1. Le mutant ponctuel dans la CI (LMV-0-S621T) obtenu par mutagenèse dirigée est capable de contourner la résistance conférée par mo12 et partiellement celle conférée par mo11 tandis que le mutant réciproque (LMV-E-T621S) perd sa capacité à contourner les deux allèles de résistance. Il s’agit donc là du premier exemple d'un gène de CI de potyvirus, agissant comme un déterminant de contournement de la résistance récessive contrôlée par eIF4E. En effet, la VPg des potyvirus a été identifiée jusque là comme l’unique facteur de virulence vis-à-vis de eIF4E. Il semble donc que le LMV puisse utiliser deux facteurs viraux (CI et VPg) pour le contournement des allèles de résistance mo1.Cette propriété, associée au fait que des isolats de LMV d’origine sauvage ou ornementale soient capables d’évoluer vers le contournement pourraient donc présenter un risque pour la durabilité des résistances mo1. Des travaux préliminaires ont été menés lors de cette thèse afin de mieux comprendre le rôle exact des mutations des facteurs de virulence dans le processus évolutif d’adaptation du LMV aux pressions imposées par les allèles mo1.Enfin, l’implication de la CI dans le contournement de la résistance mo1 laisse supposer que cette protéine pourrait elle aussi interagir (comme la VPg), directement ou non, avec eIF4E. Nous avons montré pour la première fois in vitro et in vivo l’interaction entre la région C-terminale de la CI et la protéine eIF4E de laitue. De plus, la mutation en position 621 de la CI ayant un rôle clé dans le contournement de la résistance mo1 ne semble pas affecter ces interactions in vitro