How giant viruses fuel the genetic evolution of organisms

Viruses are tiny invaders that cause a wide range of illnesses, from rabies to the tomato spotted wilt virus and, more recently, COVID-19[feminine chez les humains. Mais les virus peuvent faire plus que provoquer des maladies – et tous les virus ne sont pas minuscules.

Les grands virus, en particulier ceux du grand nucléo-cytoplasmique ADN famille de virus, peuvent intégrer leur génome dans celui de leur hôte, ce qui change radicalement la composition génétique de cet organisme. Cette famille de virus à ADN, également connus sous le nom de virus «géants», est connue dans les cercles scientifiques depuis un certain temps, mais la mesure dans laquelle ils affectent les organismes eucaryotes a été entourée de mystère – jusqu’à présent.

«Les virus jouent un rôle central dans l’évolution de la vie sur Terre. Une façon dont ils façonnent l’évolution de la vie cellulaire est par un processus appelé endogénéisation, où ils introduisent un nouveau matériel génomique dans leurs hôtes. Lorsqu’un virus géant s’endogénéise dans le génome d’une algue hôte, il crée une énorme quantité de matière première avec laquelle l’évolution fonctionne », a déclaré Frank Aylward, professeur adjoint au Département des sciences biologiques du Virginia Tech College of Science et un affilié au Global Change Center situé au Fralin Life Sciences Institute.

Mohammad ‘Monir’ Moniruzzaman, chercheur postdoctoral dans le laboratoire d’Aylward, étudie les éléments viraux endogènes, qui sont des fragments ou des séquences entières d’ADN viral brut qui ont été insérés dans le génome de l’hôte infecté.

Ensemble, Aylward et Moniruzzaman ont récemment découvert que les éléments viraux endogènes qui proviennent de virus géants sont beaucoup plus courants dans les algues vertes chlorophytes qu’on ne le pensait auparavant.

Leurs résultats seront publiés aujourd’hui (18 novembre 2020) dans La nature.

Les chlorophytes, un groupe d’algues vertes, sont un groupe important d’organismes photosynthétiques qui sont à la base de la chaîne alimentaire de nombreux écosystèmes et produisent des quantités massives de nourriture et d’oxygène à travers la planète. Les chlorophytes prospèrent dans nos lacs et étangs – et leur dynamique avec les virus géants ainsi que leur histoire évolutive unique, étaient au cœur des recherches d’Aylward et Moniruzzaman.

Les algues chlorophytes sont de proches parents des plantes terrestres, et l’étude de leurs interactions avec les virus géants peut nous éclairer sur les rôles que les virus ont joué au cours de l’évolution précoce des plantes.

«Nous savons maintenant que les éléments viraux endogènes sont communs parmi les chlorophytes, ce qui laisse penser que les plantes pourraient également interagir avec ces virus géants. Certaines données suggèrent que certaines plantes précoces, comme la mousse et les fougères, ont connu ces événements d’endogénéisation au cours de la chronologie de l’évolution. Mais nous ne sommes pas exactement sûrs de l’ampleur de ce phénomène dans d’autres plantes précoces », a déclaré Moniruzzaman, le premier auteur de cet article publié.

Pour en savoir plus sur la prévalence des éléments viraux endogènes dans les algues, Moniruzzaman et Aylward ont réalisé une analyse bioinformatique sur les génomes séquencés de différents groupes d’algues.

Ils ont découvert que 24 des 65 génomes analysés avaient certains types de signatures virales dans leurs génomes, qui provenaient de l’endogénéisation répétée de virus distincts. Dans un organisme algal, Tetrabaena socialis, les chercheurs ont découvert qu’environ 10% de ses gènes provenaient d’un virus de la famille des grands virus à ADN nucléo-cytoplasmiques.

Bien que l’endogénéisation des virus ait été bien étudiée, les études se sont pour la plupart limitées à de petites ARN virus, tels que le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), le rétrovirus responsable du syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA).

L’étude d’Aylward et Moniruzzaman est l’une des premières à mettre en lumière les grands virus à ADN eucaryotes, ce qui marque un changement majeur dans le domaine.

Image de micrographie électronique d’un AaV, un virus géant qui infecte et tue une algue unicellulaire qui provoque des proliférations d’algues nuisibles. Les virus géants appartenant au même groupe que les AaV peuvent fréquemment insérer leurs génomes dans les génomes de leurs hôtes. Image reproduite avec l’autorisation de Chuan Xiao et Yuejiao Xian, Université du Texas à El Paso; Steven W. Wilhelm et Eric R. Gann, Université du Tennessee, Knoxville.

«Ces grands éléments viraux endogènes sont beaucoup plus courants qu’on ne le pensait auparavant. Maintenant que nous avons une analyse systématique, d’autres chercheurs vont vraiment commencer à y prêter attention. Cette étude montre que les éléments viraux endogènes sont assez courants et qu’il pourrait donc s’agir d’un mécanisme commun d’évolution du génome. Je pense que ces résultats élargiront notre point de vue sur le rôle des virus géants en tant que simples agents de mortalité de l’hôte pour des acteurs importants dans l’évolution du génome de l’hôte », a déclaré Moniruzzaman.

Maintenant que Moniruzzaman et Aylward ont confirmé que l’endogénéisation se produit dans des virus plus gros, ils se demandent quelles conditions ces virus ont amené à injecter des EVE dans les algues vertes en premier lieu – et pourquoi les hôtes ne montrent aucun signe de les rejeter.

«Nous ne savons pas quel est le mécanisme ou comment l’ADN est maintenu, mais il est possible que l’endogénéisation soit un processus aléatoire, presque accidentel. Et une fois que l’ADN viral est endogénéisé, il peut modifier la dynamique évolutive de l’hôte, et cela pourrait influencer davantage l’évolution de cette lignée », a déclaré Aylward.

L’idée qu’il existe une relation potentiellement bénéfique entre l’hôte et son virus est d’un intérêt particulier pour Moniruzzaman.

«Il pourrait y avoir une raison pour laquelle l’hôte garde ces génomes viraux en son sein. Ce n’est pas comme si ces gènes viraux empêchaient les hôtes de survivre ou de survivre dans l’environnement. Voilà donc la chose: les éléments viraux endogènes sont-ils bénéfiques pour l’hôte? Et comment y parviennent-ils et y restent-ils? ” demanda Moniruzzaman.

Référence: 18 novembre 2020, La nature.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2924-2