Viroïde

Les viroïdes sont de petits ARN monocaténaires circulaires qui sont des agents pathogènes infectieux. Contrairement aux virus , ils n'ont pas de revêtement protéique. Tous les viroïdes connus habitent les angiospermes (plantes à fleurs), et la plupart provoquent des maladies, dont l'importance économique respective pour les humains varie considérablement. Une étude récente de métatranscriptomique suggère que la diversité des hôtes des viroïdes et d'autres éléments de type viroïde est plus large qu'on ne le pensait auparavant et qu'elle ne se limiterait pas aux plantes, englobant même les procaryotes .

Les premières découvertes de viroïdes dans les années 1970 ont marqué le troisième élargissement majeur de la biosphère , après les découvertes en 1675 par Antonie van Leeuwenhoek (des micro-organismes « subvisibles ») et en 1892-1898 par Dmitri Iosifovich Ivanovsky et Martinus Beijerinck (des virus « submicroscopiques »). Les propriétés uniques des viroïdes ont été reconnues par le Comité international de taxonomie des virus , en créant un nouvel ordre d' agents subviraux .

Le premier viroïde reconnu, l'agent pathogène de la maladie du tubercule en fuseau de la pomme de terre , a été découvert, caractérisé moléculairement et nommé par Theodor Otto Diener , phytopathologiste au Centre de recherche du ministère américain de l'Agriculture à Beltsville, Maryland, en 1971. Ce viroïde est désormais appelé viroïde du tubercule en fuseau de la pomme de terre, abrégé PSTVd. Le viroïde de l'exocortis des agrumes (CEVd) a été découvert peu de temps après, et la compréhension conjointe du PSTVd ​​et du CEVd a façonné le concept du viroïde.

Bien que les viroïdes soient composés d'acide nucléique, ils ne codent pour aucune protéine . Le mécanisme de réplication du viroïde utilise l'ARN polymérase II , une enzyme de la cellule hôte normalement associée à la synthèse de l'ARN messager à partir de l'ADN, qui catalyse à la place la synthèse en « cercle roulant » de nouvel ARN en utilisant l'ARN du viroïde comme modèle. Les viroïdes sont souvent des ribozymes , ayant des propriétés catalytiques qui permettent l'auto-clivage et la ligature de génomes de taille unitaire à partir d'intermédiaires de réplication plus grands.

Diener a émis l'hypothèse initiale en 1989 que les viroïdes pourraient représenter des « reliques vivantes » du monde de l'ARN largement supposé, ancien et non cellulaire , et d'autres ont suivi cette conjecture. Suite à la découverte des rétrozymes , il a été proposé que les viroïdes et d'autres éléments de type viroïde puissent dériver de cette classe de rétrotransposons nouvellement découverte .

Le virus de l'hépatite D, un agent pathogène humain , est un agent sous-viral dont la structure est similaire à celle d'un viroïde, car il s'agit d'une particule hybride enfermée dans des protéines de surface provenant du virus de l'hépatite B. [

En 2005 :

• Famille Pospiviroidae : dépend de la Rnase III de l'hôte
  • Genre Pospiviroid ; espèce type : Viroïde du tubercule en fuseau de la pomme de terre ; 356–361 nucléotides(nt)
    • Viroïde du nanisme chlorotique de la tomate (TCDVd) ; accession AF162131, longueur du génome 360nt
    • Viroïde mexicain de papita ; (MPVd); accession L78454, longueur du génome 360nt
    • Viroïde de la plante de la tomate (TPMVd) ; accession K00817, longueur du génome 360nt
    • Viroïde de l'exocortis des agrumes ; 368-467 nt
    • Viroïde du rabougrissement du chrysanthème (CSVd) ; accession V01107, longueur du génome 356nt
    • Viroïde du rabougrissement apical de la tomate (TASVd) ; accession K00818, longueur du génome 360nt
    • Viroïde irésine 1 ; (IrVd-1) ; accession X95734, longueur du génome 370nt
    • Viroïde latent de Columnea ; (CLVd) ; accession X15663, longueur du génome 370nt
  • Genre Hostuviroid ; espèce type : viroïde du rabougrissement du houblon ; 294–303 nt
  • Genre Cocadviroid ; espèce type : Coconut cadang-cadang viroid ; 246–247 nt
    • Viroïde tinangaja de la noix de coco ; (CTiVd) ; accession M20731, longueur du génome 254nt
    • Viroïde latent du houblon (HLVd) ; accession X07397, longueur du génome 256nt
    • Viroïde Citrus IV ; (CVd-IV) ; accession X14638, longueur du génome 284nt
  • Genre Apscaviroid ; espèce type : Apple scar skin viroid ; 329–334 nt
    • Viroïde Citrus III ; (CVd-III) ; accession AF184147, longueur du génome 294nt
    • Viroïde du fruit à fossettes de la pomme (ADFVd) ; accession X99487, longueur du génome 306nt
    • Viroïde de la moucheture jaune de la vigne 1 ; (GVYSd-1) ; accession X06904, longueur du génome 367 nt
    • Viroïde de la moucheture jaune de la vigne 2 ; (GVYSd-2) ; accession J04348, longueur du génome 363 nt
    • Viroïde des feuilles courbées des agrumes (CBLVd) ; accession M74065, longueur du génome 318nt
    • Viroïde du chancre vésiculeux du poirier (PBCVd) ; accession D12823, longueur du génome 315nt
    • Viroïde australien de la vigne (AGVd) ; accession X17101, longueur du génome 369nt
  • Genre Coleviroid ; espèce type : Coleus blumei viroïde 1 ; 248–251 nt
    • Viroïde Coleus blumei 2 ; (CbVd-2) ; accession X95365, longueur du génome 301nt
    • Viroïde Coleus blumei 3 ; (CbVd-3) ; accession X95364, longueur du génome 361nt
• Famille Avsunviroidae : clivage autocatalytique
  • Genre Avsunviroid ; espèce type : Avocado sunblotch viroid ; 246–251 nt
  • Genre Pelamoviroid ; espèce type : Peach latent mosaic viroid ; 335–351 nt
  • Genre Elaviroid ; espèce type : viroïde latent de l'aubergine ; 332–335 nt

Les viroïdes ne sont connus que pour infecter les plantes, et les viroïdes infectieux peuvent être transmis à de nouveaux hôtes végétaux par les pucerons , par contamination croisée suite à des dommages mécaniques causés aux plantes par des pratiques horticoles ou agricoles, ou d'une plante à l'autre par contact foliaire. Lors de l'infection, les viroïdes se répliquent dans le noyau ( Pospiviroidae ) ou les chloroplastes ( Avsunviroidae ) des cellules végétales en trois étapes par un mécanisme basé sur l'ARN. Ils nécessitent l'ARN polymérase II , une enzyme de la cellule hôte normalement associée à la synthèse de l'ARN messager à partir de l'ADN, qui catalyse à la place la synthèse en « cercle roulant » de nouvel ARN en utilisant le viroïde comme modèle.

Contrairement aux virus végétaux qui produisent des protéines de mouvement , les viroïdes sont entièrement passifs et dépendent entièrement de l'hôte. Cela est utile dans l'étude de la cinétique de l'ARN chez les plantes.

Il existe depuis longtemps une incertitude sur la manière dont les viroïdes induisent des symptômes chez les plantes sans coder de produits protéiques dans leurs séquences. Des preuves suggèrent que le silençage de l'ARN est impliqué dans le processus. Tout d'abord, les modifications du génome du viroïde peuvent considérablement modifier sa virulence . Cela reflète le fait que tout siRNA produit aurait moins d'appariement de bases complémentaires avec l'ARN messager cible . Deuxièmement, des siRNA correspondant à des séquences de génomes de viroïdes ont été isolés de plantes infectées. Enfin, l'expression transgénique de l' HPRNA non infectieux du viroïde du tubercule en fuseau de pomme de terre développe tous les symptômes de type viroïde correspondants. ARN intermédiaire double brin , ils sont ciblés par une enzyme de découpe et clivés en siRNA qui sont ensuite chargés sur le complexe de silençage induit par l'ARN . Les siRNA viroïdes contiennent des séquences capables de s'apparier de manière complémentaire avec les propres ARN messagers de la plante, et l'induction de la dégradation ou l'inhibition de la traduction provoque les symptômes viroïdes classiques.

Les « éléments de type viroïde » désignent des fragments de molécules d'ARN circulaires fermées de manière covalente (ccc) qui ne partagent pas le cycle de vie du viroïde. Cette catégorie englobe les ARN satellites (y compris les petits ARN satellites végétaux « virusoïdes », les « ambivirus » fongiques et les ribozyviria de type HDV beaucoup plus gros ) et les « rétroviroïdes ». La plupart d'entre eux portent également un certain type de ribozyme .

Les ARN satellites de type viroïde sont des molécules d'ARN circulaires infectieuses qui dépendent d'un virus porteur pour se reproduire, transportées dans leurs capsides . Cependant, comme Avsunviroidae, ils sont capables de s'auto-cliver.

Les « ambivirus » sont des éléments génétiques mobiles qui ont été récemment (années 2020) découverts chez les champignons . Leurs génomes d'ARN sont circulaires, d'une longueur d'environ 5 kb. L'un des deux cadres de lecture ouverts au moins code une ARN polymérase dirigée par l'ARN viral , qui place fermement les « ambivirus » dans le royaume ribovirien Orthornavirae ; un embranchement distinct Ambiviricota a été établi depuis la publication de la taxonomie des virus ICTV de 2023 en raison des caractéristiques uniques du codage des ARN polymérases dirigées par l'ARN mais aussi de la présence de ribozymes divergents dans diverses combinaisons dans l'orientation sens et antisens - la détection de formes circulaires dans les deux orientations sens suggère que les « ambivirus » utilisent la réplication en cercle roulant pour la propagation.

Les « rétroviroïdes », plus formellement appelés « éléments de type rétroviroïde », sont des séquences d'ARN circulaires de type viroïde que l'on retrouve également avec des copies homologues dans le génome ADN de l'hôte. Les seuls types trouvés sont étroitement liés au « petit ARN de type viroïde de type carnation » (CarSV) d'origine. Ces éléments peuvent agir comme un substrat homologue sur lequel une recombinaison peut se produire et sont liés à la réparation des cassures double brin .

Ces éléments sont appelés rétroviroïdes car l'ADN homologue est généré par la transcriptase inverse codée par les rétrovirus . des ARN satellites de type viroïde : il n'existe pas de forme extracellulaire de ces éléments ; au lieu de cela, ils ne se propagent que par le pollen ou les ovules. Ils semblent coexister avec un pararétrovirus .

Après avoir appliqué la métatranscriptomique – la recherche assistée par ordinateur de séquences d’ARN et leur analyse – des biologistes ont rapporté en janvier 2024 la découverte d’« obélisques », une nouvelle classe d’éléments de type viroïde, et d’« oblines », leur groupe de protéines apparentées, dans le microbiome humain . Étant donné que les séquences d’ARN récupérées ne présentent aucune homologie dans aucune autre forme de vie connue, les chercheurs suggèrent que les obélisques sont distincts des virus, des viroïdes et des entités de type viroïde, et forment ainsi une toute nouvelle classe d’organismes.

L'hypothèse de Diener de 1989 avait suggéré que les propriétés uniques des viroïdes en faisaient des macromolécules plus plausibles que les introns ou d'autres ARN considérés dans le passé comme de possibles « reliques vivantes » d'un hypothétique monde d'ARN pré-cellulaire . Si tel est le cas, les viroïdes ont pris une importance au-delà de la virologie végétale pour la théorie de l'évolution, car leurs propriétés en font des candidats plus plausibles que d'autres ARN pour effectuer des étapes cruciales dans l'évolution de la vie à partir de la matière inanimée (abiogenèse). L'hypothèse de Diener a été en grande partie oubliée jusqu'en 2014, lorsqu'elle a été ressuscitée dans un article de synthèse de Flores et al., dans lequel les auteurs ont résumé les preuves de Diener soutenant son hypothèse comme suit :

1. La petite taille des viroïdes, imposée par une réplication sujette aux erreurs.
2. Leur teneur élevée en guanine et en cytosine augmente la stabilité et la fidélité de la réplication.
3. Leur structure circulaire, qui assure une réplication complète sans étiquettes génomiques.
4. Existence d'une périodicité structurelle, qui permet l'assemblage modulaire en génomes élargis.
5. Leur manque de capacité de codage des protéines est compatible avec un habitat sans ribosome .
6. La réplication est médiée chez certains par des ribozymes — l’empreinte digitale du monde de l’ARN.

La présence, dans les cellules existantes, d'ARN avec des propriétés moléculaires prédites pour les ARN du monde de l'ARN constitue un autre argument puissant en faveur de l'hypothèse du monde de l'ARN. Cependant, les origines des viroïdes eux-mêmes de ce monde de l'ARN ont été mises en doute par plusieurs facteurs, notamment la découverte de rétrozymes (une famille de rétrotransposons représentant probablement leurs ancêtres) et leur absence totale des organismes en dehors des plantes (en particulier leur absence totale des procaryotes , y compris les bactéries et les archées ). Cependant, des études récentes suggèrent que la diversité des viroïdes et d'autres éléments de type viroïde est plus large qu'on ne le pensait auparavant et qu'elle ne se limiterait pas aux plantes, englobant même les procaryotes . Les correspondances entre les cccRNA des viroïdes et les espaceurs CRISPR suggèrent que certains d'entre eux pourraient se répliquer chez les procaryotes.

Le développement de tests basés sur l'ELISA , la PCR et l'hybridation d'acides nucléiques a permis une détection rapide et peu coûteuse de viroïdes connus lors des inspections de biosécurité , des inspections phytosanitaires et de la quarantaine .

Dans les années 1920, des symptômes d'une maladie de la pomme de terre jusqu'alors inconnue ont été observés dans les champs de New York et du New Jersey. Comme les tubercules des plantes affectées s'allongent et se déforment, ils l'ont baptisée maladie du fuseau de la pomme de terre.

Les symptômes sont apparus sur des plantes sur lesquelles des morceaux de plantes affectées avaient été greffés, ce qui indique que la maladie était causée par un agent pathogène transmissible. Cependant, aucun champignon ou bactérie n'a été systématiquement associé aux plantes présentant des symptômes et, par conséquent, on a supposé que la maladie était causée par un virus. Malgré de nombreuses tentatives au fil des ans pour isoler et purifier le virus présumé, en utilisant des méthodes de plus en plus sophistiquées, ces tentatives se sont avérées infructueuses lorsqu'elles ont été appliquées à des extraits de plantes atteintes par la maladie du fuseau de la pomme de terre.

En 1971, Theodor O. Diener a montré que l'agent n'était pas un virus, mais un nouveau type de pathogène totalement inattendu, 1/80ème de la taille des virus typiques, pour lequel il a proposé le terme « viroïde ». Parallèlement aux études orientées vers l'agriculture, des recherches scientifiques plus fondamentales ont élucidé de nombreuses propriétés physiques, chimiques et macromoléculaires des viroïdes. Il a été démontré que les viroïdes sont constitués de courts segments (quelques centaines de nucléotides) d'ARN simple brin et, contrairement aux virus, n'ont pas d'enveloppe protéique. Les viroïdes sont extrêmement petits, de 246 à 467 nucléotides, plus petits que d'autres agents pathogènes infectieux des plantes ; ils sont donc constitués de moins de 10 000 atomes. En comparaison, les génomes des plus petits virus connus capables de provoquer une infection par eux-mêmes mesurent environ 2 000 nucléotides.

En 1976, Sanger et al. ont présenté des preuves selon lesquelles le viroïde du tubercule en fuseau de pomme de terre est une « molécule d'ARN circulaire à simple brin, fermée de manière covalente, existant sous la forme d'une structure en forme de bâtonnet à bases appariées élevées » - considérée comme la première molécule de ce type décrite. L'ARN circulaire, contrairement à l'ARN linéaire, forme une boucle continue fermée de manière covalente, dans laquelle les extrémités 3' et 5' présentes dans les molécules d'ARN linéaires ont été jointes. Sanger et al. ont également fourni des preuves de la véritable circularité des viroïdes en constatant que l'ARN ne pouvait pas être phosphorylé à l'extrémité 5'. Dans d'autres tests, ils n'ont même pas réussi à trouver une extrémité 3' libre, ce qui a exclu la possibilité que la molécule ait deux extrémités 3'. Les viroïdes sont donc de véritables ARN circulaires.

La microscopie électronique a confirmé le caractère monocaténaire et circulaire des viroïdes. La séquence nucléotidique complète du viroïde du tubercule en fuseau de pomme de terre a été déterminée en 1978. Le PSTVd ​​a été le premier pathogène d'un organisme eucaryote dont la structure moléculaire complète a été établie. Plus de trente maladies des plantes ont depuis été identifiées comme étant causées par des viroïdes et non par des virus, comme on le supposait.

Quatre viroïdes supplémentaires ou particules d’ARN de type viroïde ont été découverts entre 2009 et 2015.

En 2014, Carl Zimmer, journaliste scientifique au New York Times, a publié un article vulgarisé qui attribuait par erreur à Flores et al. la conception originale de l'hypothèse.

En janvier 2024, des biologistes ont signalé la découverte d'« obélisques », une nouvelle classe d'éléments de type viroïde, et d'« oblines », leur groupe de protéines apparentées, dans le microbiome humain .