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Cassava is the staple food for hundreds of millions of people in Africa but its cultivation is seriously constrained by cassava mosaic disease (CMD) in Madagascar and in Africa in general. In this study, we first identified the cassava mosaic geminiviruses (CMGs) involved in CMD in Madagascar and their associated epidemiological characteristics from countrywide surveys. Molecular diagnosis of CMGs in Madagascar revealed an unprecedented diversity and co-occurrence of six CMGs. Distinct geographical distributions were observed for the six viruses. While EACMCV and SACMV were widespread, ACMV was more prevalent in the central highlands, and EACMV and EACMKV were prevalent in lowlands and coastal regions. PCR diagnosis revealed that mixed infection (up to four co-infected viruses) occurred in 21% of the samples and were associated with higher symptom severity scores. Pairwise comparisons of virus associations showed that EACMCV was found in mixed infections more often than expected while ACMV and SACMV were mostly found in single infections. Even if the whitefly vector Bemisia tabaci was more abundant in lowland and coastal areas, infected cuttings remain the primary source of CMD propagation (95%) in Madagascar. Secondly, the genetic and spatial structure of CMGs populations was studied and we applied Bayesian phylogeographic modelling to infer the origins of Madagascan CMG populations within the epidemiological context of related populations situated on mainland Africa and other south western Indian Ocean islands. SACMV and ACMV, the two most prevalent viruses, displayed low degrees of genetic diversity and have most likely been introduced to the island only once. By contrast, EACMV-like CMG populations (EACMV, EAMCKV, EACMCV and complex recombinants of these) were more diverse, more spatially structured, and displayed evidence of at least three independent introductions from mainland Africa. Our study highlights both the complexity of CMD on Madagascar, and the distinct evolutionary and spatial dynamics of the different viral species that collectively are associated with this disease.

International audience; Cassava is the staple food for hundreds of millions of people in Africa but its cultivation is seriously constrained by cassava mosaic disease (CMD) in Madagascar and in Africa in general. In this study, we first identified the cassava mosaic geminiviruses (CMGs) involved in CMD in Madagascar and their associated epidemiological characteristics from countrywide surveys. Molecular diagnosis of CMGs in Madagascar revealed an unprecedented diversity and co-occurrence of six CMGs. Distinct geographical distributions were observed for the six viruses. While EACMCV and SACMV were widespread, ACMV was more prevalent in the central highlands, and EACMV and EACMKV were prevalent in lowlands and coastal regions. PCR diagnosis revealed that mixed infection (up to four co-infected viruses) occurred in 21% of the samples and were associated with higher symptom severity scores. Pairwise comparisons of virus associations showed that EACMCV was found in mixed infections more often than expected while ACMV and SACMV were mostly found in single infections. Even if the whitefly vector Bemisia tabaci was more abundant in lowland and coastal areas, infected cuttings remain the primary source of CMD propagation (95%) in Madagascar. Secondly, the genetic and spatial structure of CMGs populations was studied and we applied Bayesian phylogeographic modelling to infer the origins of Madagascan CMG populations within the epidemiological context of related populations situated on mainland Africa and other south western Indian Ocean islands. SACMV and ACMV, the two most prevalent viruses, displayed low degrees of genetic diversity and have most likely been introduced to the island only once. By contrast, EACMV-like CMG populations (EACMV, EAMCKV, EACMCV and complex recombinants of these) were more diverse, more spatially structured, and displayed evidence of at least three independent introductions from mainland Africa. Our study highlights both the complexity of CMD on Madagascar, and the distinct evolutionary and spatial dynamics of the different viral species that collectively are associated with this disease. (Résumé d'auteur)

Cassava mosaic disease (CMD) caused by cassava mosaic geminiviruses (CMGs, Geminiviridae) is a major threat on cassava production throughout Africa. In Madagascar, severe symptoms with high prevalence of CMD were observed. From 700 mostly symptomatic cassava leaves, we undertook molecular characterization of the CMGs involved. The PCR diagnosis confirmed the presence of CMGs in Madagascar and six species were detected with the frequent occurrence of mixed infections. Based on rolling circle amplification, cloning and sequencing, we obtained full genome sequences of 281 DNA-A and 119 DNA-B of CMGs. DNA-A sequences were most closely related to those of African cassava mosaic virus (ACMV), South African cassava mosaic virus (SACMV), East African cassava mosaic virus (EACMV), East African cassava mosaic Cameroon virus (EACMCV), East African cassava mosaic Kenya virus (EACMKV) and a new species named cassava mosaic Madagascar virus (CMMGV). DNAB sequences were most closely related to those of ACMV, EACMKV, EACMCV and CMMGV. Phylogenetic reconstruction allowed to assess the geographical structure of CMG populations and to determine the recent history of CMG migrations in Madagascar. Taken together, our results point to Madagascar as a potential major center of begomovirus diversity.

Les bégomovirus (Geminiviridae) transmis par l'aleurode Bemisia tabaci sont responsables de nombreuses maladies virales d'importance économique, notamment en ce qui concerne la culture du manioc, essentielle en Afrique. A Madagascar, la maladie de la mosaïque du manioc (CMD) est une préoccupation agronomique majeure, le manioc constituant une denrée de réserve et une base alimentaire pour la population paysanne. Face à l'incidence élevée de la maladie et à la sévérité des symptômes observés sur le terrain, nous avons entrepris une caractérisation moléculaire des bégomovirus bipartites (CMGs) impliqués dans la CMD. Depuis 2006, nous avons récolté plus de 300 échantillons foliaires de manioc symptomatique à travers le pays. Pour l'ensemble des échantillons, des amorces PCR universelles ont d'une part démontré la présence de bégomovirus ; d'autre part, le design et l'utilisation d'amorces PCR spécifiques ont permis d'identifier la présence inédite de quatre espèces de CMGs à Madagascar, à savoir l'African cassava mosaic virus (ACMV), l'East African cassava mosaic virus (EACMV), l'East African cassava mosaic Kenya virus (EACMKV) et le South African cassava mosaic virus (SACMV). Par ailleurs, 35% des échantillons se sont révélés être co-infectés par deux (26%), trois (8%), voire quatre (1%) espèces de CMGs, ceci se traduisant à l'échelle du pays par un large chevauchement des aires de répartition des espèces de CMGs. Afin de caractériser les relations phylogénétiques entre les CMGs malgaches et leurs liens de parenté avec les isolats africains, nous avons entrepris de cloner et séquencer à large échelle leurs ADN-A et ADN-B. Les premières séquences de génomes complets (102 ADN-A et 12 ADN-B) confirment la présence des trois principaux génotypes de CMGs connus (ACMV, EACMV et SACMV) à Madagascar, ainsi que d'une nouvelle espèce virale nommée provisoirement South East African cassava mosaic virus (SEACMV). En conclusion, le territoire malgache semble héberger des CMGs d'une diversité exceptionnelle, souvent présents en co-infections, répartis sur des aires chevauchantes, sans toutefois présenter de structuration géographique. Ces résultats suggèrent des conditions très favorables d'évolution des CMGs par recombinaison avec comme conséquence la possibilité d'émergence de variants sévères. Par delà la mise en évidence d'une diversité en CMGs inédite dans une seule et même région, nos résultats soulèvent de nombreuses interrogations sur (1) les risques épidémiologiques encourus par le manioc à Madagascar et (2) l'origine des symptômes sévères observés en plein champ. (Texte intégral)

Plants are continuously confronted with a multitude attack either abiotic but also biotic in nature. Interestingly, despite the abundance of bacteria that plant has to face, only few are able to induce death or disease in the host plant. It is therefore likely that, in addition to secondary metabolites with antimicrobial properties, plants also synthesize secondary metabolites which are able to inhibit the expression of virulence genes in bacteria without affecting either growth or viability, which allows plants to host willingly or not bacterial populations. This work focuses on the identification of such metabolites in Malagasy plants (genera Dalbergia and Combretum) and the demonstration of their inhibitory effect on the expression of virulence genes in two different pathosystems: Rhodococcus fascians (a phytopathogen) and Pseudomonas aeruginosa (an opportunistic pathogen). Thus, two metabolites were isolated using a combination of chromatographic techniques coupled with tests that evaluate the expression of certain genes involved in the virulence mechanisms of these bacteria. The first is a new prenylated isoflavanone, named perbergin, isolated from the bark extract of D. pervillei. It was shown that the perbergin target attR gene expression, encoding a LysR-type transcriptional regulator that plays a key role in regulating the expression of virulence genes of R. fascians and the transition from an epiphytic to a pathogenic lifestyle. Therefore, we have also shown that the expression of all virulence genes known to date in R. fascians is also affected while the expression of genes involved in epiphytic fitness of the bacteria is not altered. In addition, the application of perbergin at the time of infection of plants susceptible to R. fascians shows that this molecule reduces in vivo the virulence of R. fascians, highlighting the potential of perbergin as an anti-infective agent. The second is a flavonoid known as catechin, isolated from the bark extract of C. albiflorum. Catechin significantly inhibits the expression of genes that regulate the mechanism of quorum sensing in P. aeruginosa such as lasI, LasR, rhlI and rhlR but also lasB and rhlA which expression depends on quorum sensing. Therefore, the production of virulence factors such as pyocyanin and elastase is significantly affected. Because of the limited number of our arsenal of antibiotics and their increasing ineffectiveness, the identification of these compounds create a path to an alternative in the fight against pathogenic bacteria and multidrug resistance of pathogenic bacteria to antibiotics. Our results also demonstrate the richness of Malagasy plants as (re)sources of new therapeutic molecules and the importance of widening the range of bacterial targets to be investigated to develop new strategies to fight within the endless war that we are waging against bacteria pathogens.Les plantes sont continuellement confrontées à une multitude d’attaques qu’elles soient de nature abiotique ou surtout biotique. Il est intéressant de noter que malgré la multitude de bactéries auxquelles les plantes doivent faire face, seules quelques unes sont capables d’induire la mort ou une maladie chez la plante hôte. Il est dès lors fort probable que, outre les métabolites secondaires ayant des propriétés antimicrobiennes, les plantes synthétisent également des métabolites secondaires capables d’inhiber l’expression des gènes de virulence chez les bactéries sans toutefois affecter ni leur croissance ni leur viabilité, ce qui permet aux plantes de contenir les populations bactériennes qu’elles hébergent de gré ou de force. Ce travail porte sur l’identification de ce type de métabolites dans des plantes malgaches (genres Dalbergia et Combretum) et la démonstration de leurs effets inhibiteurs sur l’expression de gènes de virulence chez deux pathosystèmes différents: Rhodococcus fascians (un phytopathogène) et Pseudomonas aeruginosa (un pathogène opportuniste). Ainsi, deux métabolites ont été isolés en utilisant une combinaison de techniques chromatographiques couplées avec des tests qui évaluent l’expression de certains gènes impliqués dans les mécanismes de virulence de ces bactéries. Le premier est un nouvel isoflavanone prénylé, nommé perbergine, isolé à partir de l’extrait d’écorces de D. pervillei. Il a été montré que la perbergine cible l’expression du gène attR, codant un régulateur transcriptionnel de type LysR qui joue un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes de virulence de R. fascians et qui assure la transition entre un mode de vie épiphyte et le mode pathogène. En conséquence, nous avons également montré que l’expression de l’ensemble des gènes de virulence connu à ce jour chez R. fascians est également affectée alors que l’expression de gènes impliqués dans l’aptitude épiphyte de la bactérie n’est pas altérée. Par ailleurs, l’application de perbergine au moment de l’infection de plantes sensibles à R. fascians montre que cette molécule atténue la virulence de R. fascians in vivo, mettant en exergue le potentiel de la perbergine comme agent anti-infectieux. Le deuxième est un flavonoïde, connu sous le nom de catéchine, isolé de l’extrait d’écorces de C. albiflorum. La catéchine inhibe significativement l’expression des gènes régulateurs du mécanisme du quorum sensing chez P. aeruginosa tels que lasI, lasR, rhlI et rhlR et également lasB et rhlA dont l’expression dépend du quorum sensing. En conséquence, la production des facteurs de virulence tels que la pyocyanine et l’élastase est significativement affectée. Compte tenu de l’appauvrissement de notre arsenal d’antibiotiques et de leur inefficacité croissante, l’identification de ces composés ouvre une voie alternative de lutte contre les bactéries pathogènes et la multirésistance des bactéries pathogènes aux antibiotiques. Nos résultats démontrent également la richesse des plantes malgaches comme (res)sources de nouvelles molécules thérapeutiques et l’importance d’élargir le champ des cibles bactériennes à investiguer pour développer de nouvelles stratégies de lutte dans la guerre sans fin que nous menons contre les bactéries pathogènes., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished