VIRUS DE LA MOSAÏQUE DU TABAC: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, RÉPLICATION - LA BIOLOGIE - 2025

Le virus de la mosaïque du tabac à priser (TMV, of the English Tobacco Mosaic Virus) est un virus à ARN végétal qui provoque l'apparition de taches brunes sur les feuilles des plantes à priser et d'autres cultures d'intérêt économique comme les tomates et autres solanacées.

Son nom dérive du motif de taches qu'il provoque chez les plantes infectées, qui est décrit comme une «mosaïque». C'est le premier virus qui a été identifié et décrit dans la nature, des événements qui ont eu lieu entre la fin des années 1800 et le début des années 1900, c'est-à-dire il y a plus d'un siècle.

Micrographie électronique du virus de la mosaïque du tabac (Source: Aucun auteur lisible par machine fourni. Chb supposé (basé sur des revendications de droits d'auteur). / Domaine public, via Wikimedia Commons)

On estime que les pertes de tabac causées par le virus de la mosaïque du tabac sont d'environ 1%, car de plus en plus de plantes résistantes sont cultivées. Cependant, d'autres cultures comme la tomate, par exemple, subissent des pertes de plus de 20% en raison de la maladie causée par le TMV.

L'un des principaux problèmes agronomiques liés à ce virus tient au fait qu'il peut vivre même lorsque la plante qui l'héberge meurt et, en plus, qu'il supporte des températures élevées, de sorte que son élimination d'une culture ou des installations de une serre est assez difficile.

Néanmoins, le virus de la mosaïque du tabac s'est avéré très utile comme:

- Modèle symbolique et didactique pour exposer les caractéristiques essentielles qui définissent les virus

- Prototype pour étudier la biologie des plantes hôtes parasites, en particulier le tabac

- Outil d'étude des interactions pathogène-hôte et du trafic cellulaire

- Outil biotechnologique pour l'expression de protéines d'intérêt pharmaceutique dans le tabac.

Découverte

Depuis son identification, le virus de la mosaïque du tabac a joué un rôle capital dans l'établissement du domaine de la virologie, car il a été le premier virus à être identifié et décrit dans l'histoire.

Tout a commencé en 1879, lorsque le chimiste agricole allemand Adolf Meyer s'est consacré à l'étude de certaines maladies affectant le tabac.

Ce scientifique a démontré qu'une maladie provoquant l'apparition de taches sur les feuilles de tabac pouvait être transmise d'une plante malade à une plante saine, simplement en frottant les feuilles de cette dernière avec un extrait de la première.

Meyer a appelé cela la «maladie du tabac en mosaïque» et a initialement suggéré que l'agent étiologique (celui qui l'a produit) était d'origine bactérienne, même s'il était incapable de l'isoler ou de le cultiver expérimentalement in vitro.

Structure du virus de la mosaïque du tabac. 1) ARN simple brin, 2) Capsomer ou protomère, sous-unité de la protéine de capside CP, et 3) Structure de la capside (Source: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) via Wikimedia Commons)

Découverte du premier virus

Le mérite de la découverte des particules virales revient à Dmitri Ivanovsky, un microbiologiste russe qui a enquêté sur la maladie de la mosaïque du tabac entre 1887 et 1890, constatant que l'agent causal de la maladie était si petit qu'il pouvait passer à travers les minuscules pores. d'un filtre en porcelaine, où les bactéries ne pouvaient pas passer.

Avec cet événement, Ivanovsky a déterminé que la maladie était due à un «virus filtrable», prenant le terme «virus» du mot latin pour «poison».

Les travaux d'Ivanovsky ont ensuite été confirmés, en 1895, par le Néerlandais Willem Beijerinck, qui a démontré la transmission en série du virus (d'une plante à l'autre) en utilisant la sève filtrée de plantes malades.

Les travaux de Beijerinck ont ​​également permis de prouver qu'il ne s'agissait pas simplement d'une toxine chimique, mais plutôt d'un agent vivant capable de s'auto-répliquer.

Entre 1927 et 1931, deux scientifiques du Boyce Thompson Institute de Philadelphie, Vinson et Petri, ont concentré le virus par précipitation en utilisant les méthodes utilisées pour la purification des protéines.

Plus tard, en 1935, Stanley purifia le virus et réussit à cristalliser des particules en forme d'aiguilles hautement actives et infectieuses, marquant un événement sans précédent dans lequel une entité «vivante» pouvait apparaître à l'état cristallin.

Des années plus tard, avec la collaboration et le travail de nombreux scientifiques, il a été déterminé que le virus de la mosaïque du tabac était un virus à ARN à bande unique, d'apparence ou de morphologie filamenteuse.

caractéristiques

- C'est un virus à ARN monobande dont les virions ou particules virales sont en forme de bâtonnet

- Son génome, ainsi que la plupart des virus, est protégé par une enveloppe protéique

- Il appartient à la famille des Virgaviridae et au genre Tobamovirus

- Il infecte les plants de tabac et aussi certaines plantes apparentées, en particulier les morelles (pomme de terre, tomate, aubergine, etc.), ajoutant plus de 200 hôtes possibles

- Il est extrêmement stable et peut rester longtemps sur différentes surfaces

- Dans les plantes infectées, ce virus s'accumule à des titres considérablement élevés

- Les symptômes qu'il provoque chez les plantes malades sont perceptibles et faciles à identifier

Structure

Le virus de la mosaïque du tabac, comme cela a été mentionné, est un virus à ARN simple brin (simple brin) dont les particules virales sont en forme de bâtonnet.

Schéma généralisé de la structure du virus de la mosaïque du tabac, TMV (Source: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk Le téléchargeur original était GrahamColm sur Wikipedia anglais. /by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Couverture protéinée

La structure caractéristique de chaque particule virale est donnée par une enveloppe protéique formée par une hélice droite de sous-unités d'une protéine connue sous le nom de «protéine d'enveloppe».

Cette enveloppe comporte environ 2130 sous-unités protéiques, ce qui se traduit par une particule virale d'une taille moyenne de 300 nm de longueur, d'un diamètre de 18 nm et d'un centre creux de 2 nm de rayon, où le génome occupe un rayon proche de la 4 nm.

Vue de dessus de l'enveloppe de la protéine TMV (Source: auteurs de la déposition: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; auteur de la visualisation: User: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) via Wikimedia Commons)

Génome

L'ARN génomique est pris en sandwich entre les spires successives de l'hélice qui composent l'enveloppe, joignant trois de ses nucléotides à chaque sous-unité protéique et restant ainsi complètement recouvert de protéine.

Ce génome a une longueur de 6 395 nucléotides et a un «capuchon» de 7-méthyl-guanosine inversé attaché à son extrémité 5 'via une liaison triphosphate.

Les informations codées dans le génome TMV correspondent à 4 gènes qui codent pour 4 produits différents:

- Deux protéines associées à la réplication, l'une de 126 kDa et l'autre de 183 kDa, directement traduites à partir de l'ARN du virus

- Une protéine de mouvement (MP, de l'anglais Movement Protein) et une protéine de structure ou d'enveloppe (CP, de l'anglais Coat Protein), qui sont traduites à partir d'ARN «subgénomiques»

Une infection par le TMV réussie implique la coopération de ces quatre produits multifonctionnels avec de nombreux composants cellulaires de la plante hôte, en particulier la membrane cellulaire et le cytosquelette.

Réplication

Pour comprendre le mécanisme de réplication du TMV, il est nécessaire de comprendre certains aspects de l'infection par ce virus.

Infection initiale

Le TMV ne pénètre dans une plante que par des blessures mécaniques qui «ouvrent» temporairement la membrane plasmique ou provoquent des événements de pinocytose.

L'infection peut provenir de blessures causées par la manipulation de mains infectées et d'instruments de taille infectés, etc., mais elle est rarement transmise par les insectes.

Une fois dans le cytosol, les particules virales se désassemblent et libèrent leur ARN génomique, qui est reconnu par la cellule comme son propre ARN et est traduit par des enzymes cytosoliques spécialisées à cet effet.

Le «capot» méthylguanosine de l'ARN génomique du TMV est de la plus haute importance pour ce processus, car il parvient à «contourner» le système de «surveillance» de la cellule et à favoriser son interaction avec d'autres composants cellulaires.

Le nombre de particules virales assemblées augmente rapidement et celles-ci peuvent quitter la cellule infectée et infecter d'autres cellules voisines via des plasmodesmes, qui sont des «canaux» qui relient le cytosol d'une cellule à celui des cellules qui l'entourent.

Finalement, les particules virales atteignent le système de translocation de la plante, c'est-à-dire le xylème et le phloème, se dispersant ainsi dans toute la plante.

Comment se déroule le processus de réplication?

Le virus de la mosaïque du tabac utilise son génome comme modèle pour synthétiser des brins complémentaires négatifs qui servent de modèle pour la synthèse d'un grand nombre de brins positifs.

Ces modèles sont également utilisés pour la synthèse d'ARN messagers «sous-génomiques» qui contiennent les cadres de lecture ouverts pour les protéines MP et CP.

Les deux protéines associées à la réplication qui sont codées dans l'ARN génomique du TMV ont des domaines méthyltransférase, hélicase et ARN polymérase dépendants de l'ARN.

La réplication semble se produire dans un complexe associé à la membrane du réticulum endoplasmique qui contient ces protéines, la protéine de mouvement (MP), l'ARN viral et d'autres protéines hôtes végétales.

Symptômes

Les symptômes du virus de la mosaïque du tabac varient considérablement d'une espèce végétale à l'autre. En d'autres termes, ils dépendent considérablement du type de plante hôte et, en outre, de la souche virale, du "fond" génétique de la plante et des conditions environnementales dans lesquelles elle se trouve.

Photographie de la feuille d'un plant de tabac infecté par le TMV (Source: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, via Wikimedia Commons)

Les symptômes apparaissent généralement environ 10 jours après l'infection initiale et sont:

- Apparition de taches brunes ou jaunâtres avec une matrone en forme de mosaïque sur les limbes des feuilles

- Nécrose

- Croissance retardée

- Boucle de feuille

- Jaunissement des tissus

- Faible rendement en production de fruits et même apparence de fruits endommagés et déformés

- Retard dans la maturation des fruits

- Couleur des fruits non uniforme (surtout chez la tomate)

Références

1. Butler, PJG (1999). Auto - assemblage du virus de la mosaïque du tabac: le rôle d 'un agrégat intermédiaire dans la génération à la fois de spécificité et de rapidité. Transactions philosophiques de la Royal Society of London. Série B: Sciences biologiques, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C. et Nelson, RS (2013). La biologie cellulaire de la réplication et du mouvement du virus de la mosaïque du tabac. Frontiers in Plant Science, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Symptômes, transmission et prise en charge du virus de la mosaïque du tabac. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D. et Freeman, G. (2005). Les découvertes lauréates du prix Nobel dans les maladies infectieuses. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Leçons en phytopathologie: virus de la mosaïque du tabac. Plant Health Instr.
6. Scholthof, KBG (2004). Virus de la mosaïque du tabac: un système modèle pour la biologie végétale. Annu. Rev. Phytopathol., 42, 13-34.