Décryptage de la circulation des virus entomopathogènes et phytopathogènes au sein des communautés d'arthropodes d'intérêt agronomique. // decipher the structure of the viral microbiota associated with arthropods from agricultural ecosystems

Topic description

Contexte
L'impact des virus dans le fonctionnement des écosystèmes agricoles, et donc des services écosystémiques qu'ils fournissent, est une question en plein essor au niveau international. Les arthropodes sont les animaux les plus diversifiés et abondants sur Terre, et ceux vecteurs d'organismes phytopathogènes ou ravageurs des cultures représentent encore une menace pour la sécurité alimentaire, malgré l'utilisation massive de pesticides chimiques. Cependant, en dépit du fait que les arthropodes soient des réservoirs importants de diversité virale, et du potentiel d'utilisation de leurs virus en tant qu'agents de biocontrôle de substitution à la lutte chimique, leurs communautés virales restent sous-étudiées (Junglen and Drosten, ). Dans ce contexte, les recherches développées dans l'UMR DGIMI (co-tutelle INRAE-Université de Montpellier) sont consacrées aux insectes ravageurs de culture et aux interactions qu'ils entretiennent avec leur environnement biotique et abiotique. Nos recherches ont pour objectifs de renforcer notre connaissance du rôle des virus dans la dynamique des populations d'arthropodes ravageurs, et du rôle des arthropodes dans la circulation des virus pour, à terme, participer au développement d'outils de lutte biologique et de solutions fondées sur la nature. Le laboratoire a développé des outils de métagénomique qui l'ont conduit à caractériser de nouveaux virus d'insectes ravageurs (François et al., ), plaçant DGIMI comme l'un des leaders nationaux et internationaux sur ce thème.
Nos analyses récentes montrent que les communautés virales associées à une même population d'insecte présentent une forte variabilité de structure ; ainsi que l'existence d'infections virales persistantes fréquentes. L'impact de la structuration des communautés d'arthropodes sur la circulation des virus dans les écosystèmes agricoles reste à explorer.
D'autre part, des études exploratoires ont montré l'intérêt d'échantillonner des arthropodes pour améliorer la surveillance des virus phytopathogènes, car ils les bioaccumulent via leur alimentation (François et al., ; Fritz et al., ). Afin d'identifier les meilleures sentinelles parmi l'ensemble des arthropodes circulant dans les agroécosystèmes, il reste nécessaire de comparer les communautés virales associées aux différentes composantes des communautés d'arthropodes, ce qui n'a jamais été réalisé.
Le projet de thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux. Son objectif est de comprendre la structuration des communautés virales associées à des communautés d'arthropodes, afin d'inférer les dynamiques de circulation des virus phytopathogènes et entomopathogènes au sein d'agroécosystèmes.

Méthode
Ce projet multi-échelle combinera une large diversité de méthodes et impliquera des collaborations déjà établies. La campagne d'échantillonnage des communautés d'arthropodes a été réalisée en sur quarante parcelles agricoles le long d'un gradient paysager.
La circulation des virus au sein des communautés d'arthropodes sera caractérisée par métagénomique virale. Le contenu du bol alimentaire des arthropodes sera obtenu par métabarcoding. La circulation des virus au sein des chaines trophiques sera obtenue par des analyses de réseaux. Les résultats obtenus permettront de créer un modèle prédictif et intégratif de la circulation des virus au sein d'écosystèmes agricoles.

Résultats attendus
Ce projet intégratif apportera des connaissances fondamentales majeures sur l'identification de facteurs déterminant la structuration des communautés virales associées aux arthropodes : l'identification des espèces hôtes les plus susceptibles de constituer des réservoirs de diversité virale, et l'impact de la structuration des communautés d'hôtes sur la diversité et l'abondance des virus.
D'autre part, ce projet permettra d'identifier des espèces d'arthropodes sentinelles pour améliorer la surveillance des virus phytopathogènes de la vigne et du colza.
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Context
The role played by viruses in the functioning of agricultural ecosystems is an emerging question within the scientific community (Antwis et al., ). Arthropods are the most diverse and abundant animals on Earth, and those that are vectors of phytopathogenic organisms or crop pests still represent a threat to food security, despite the massive use of chemical pesticides (Oerke, ). However, despite the fact that arthropods are important reservoirs of viral diversity, and the potential use of their viruses as biocontrol agents to replace chemical pesticides (Lacey et al., ), their viral communities remain understudied (Junglen and Drosten, ). DGIMI laboratory (INRAE-Univ. Montpellier) research efforts focus on the interactions between insect crop pests and their biotic and abiotic environment. Our aims are to increase global knowledge on the role of pathogens in the dynamics of arthropod pest populations, and on the role of arthropods in the circulation of viruses in agricultural ecosystems. The laboratory has developed metagenomic tools that have led DGIMI to characterise new insect pest viruses (François et al., ), positioning DGIMI as one of the national and international leaders in this research area (Moubset et al., ).
Our recent analyses show that the structure of viral communities is highly variable within an insect population, and that persistent viral infections are frequent. however, the impact of the structure of arthropod community on virus circulation within agricultural ecosystems remains to be explored.
Exploratory studies also showed the interest of sampling arthropods to improve the epidemiosurveillance of phytopathogenic viruses, as they are likely to bioaccumulate viruses via their diet, hence acting as reservoirs of viruses (Rosario et al., ; Fritz et al., ). However, in order to identify the best sentinel species among all the arthropods circulating in agroecosystems, it is necessary to compare the viral communities associated with the different components of these arthropod communities, which has never been done.
This thesis project is a continuation of this research effort. Its major objective is to understand how viral communities associated with arthropod communities are structured, in order to infer the dynamics of virus circulation within agricultural ecosystems.

Methods
This multi-scale project will combine a wide range of complementary methods and involve already established collaborations. The circulation of viruses within arthropod communities originating from agroecosystems (i.e. already sampled vineyards and rape crops) will be characterised by viral metagenomics, and arthropod diet contents by metabarcoding. These data will be analysed by network analyses coupled to mathematical modelling to create a predictive and integrative model of virus circulation in agricultural ecosystems.

Expected results
This integrative project will generate fundamental knowledge on how the structure of arthropod community impacts the structure of the viral communities they are associated with, and on which species of arthropods act as viral reservoirs.
This project will also enable the identification of sentinel arthropods that will be used to improve the surveillance of phytopathogenic viruses.
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Début de la thèse : 01/10/
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