Les viroïdes sont des agents pathogènes subviraux qui infectent des plantes importantes en agriculture. Jusqu’à aujourd’hui, une trentaine d’espèces ont été découvertes. Celles-ci sont composées d’un brin d’ARN circulaire de longueur variant selon l'espèce de 245 à 400 nucléotides qui ne codent pour aucune protéine. Chaque viroïde dépend de sa structure pour interagir avec son hôte et effectuer toutes les étapes de son cycle biologique. Il est donc de la plus haute importance de bien la connaître. À ce jour, la plupart des études présentent la structure des viroïdes par une prédiction bio-informatique. Au début de mes études, les structures de seulement deux viroïdes étaient connues en solution. Leurs structures avaient été étudiées par cartographie enzymatique ou chimique, cependant ces techniques sont longues et fastidieuses. Malgré cela, des motifs importants et non prédits par les prédictions bio-informatiques ont été découverts. Ces résultats ont renforcé la nécessité de découvrir la structure des viroïdes en solution. C’est pour cette raison que la structure de chaque espèce de viroïdes a été étudiée dans cette thèse. Pour relever ce défi, la technique de SHAPE a été adaptée pour la cartographie rapide et précise des viroïdes. L’efficacité de la technique a été confirmée en comparant les résultats obtenus par SHAPE avec ceux des viroïdes étudiés précédemment. Par la suite, les deux polarités de toutes les espèces de la famille des Avsunviroidae ont été caractérisées. De plus, les structures des membres de la seconde famille de viroïdes nommée Pospiviroidae ont aussi été étudiées. En dernier lieu, lors d'infections virales chez la plante, des particules à ARN circulaire et simple brin peuvent co-infecter les plantes avec certains virus ; ce sont des ARN satellites. Étant très semblables aux viroïdes, deux représentants ont été étudiés afin de comparer leurs structures à celles des viroïdes. Chaque ARN cartographié en solution a précisé de façon non négligeable le modèle de la structure secondaire par rapport à ceux proposés par la prédiction bio-informatique seule. De plus, des motifs tertiaires ont aussi été trouvés pour quelques-uns de ces ARN. L’ensemble du travail a aussi permis de proposer des améliorations à la classification des viroïdes et de classer de nouvelles espèces. Pour terminer, ce compendium de structures des viroïdes servira de point de départ pour étudier les motifs structuraux importants pour leur biologie.

Les viroïdes sont des agents pathogènes responsables de maladies affectant les plantes telles que l'avocatier, le pêcher, la tomate, la pomme dé terre, etc. Parce qu'ils dégradent la qualité des fruits et des légumes qu'ils infectent, les viroïdes sont la cause de la perte d'environ 50 % de la production mondiale des cultures touchées. La compréhension des mécanismes couvrant l'infection aux viroïdes constitue un enjeu économique majeur visant l'amélioration de la productivité, dans l'exploitation de ces plantes. Cette étude aborde l'analyse des processus liés à l'infection aux viroïdes par la découverte de nouveaux aspects caractérisant la variabilité génétique du viroïde de la mosaïque latente du pêcher (PLMVd). Elle décrit la dynamique des populations de PLMVd. La grande variabilité de PLMVd, expliquée par un fort taux de mutations, implique la génération de séquences diverses et variées, prenant la forme de nuages. Notre approche pour comprendre cette variabilité génétique de PLMVd consiste à infecter un pêcher à partir d'une seule séquence de PLMVd, puis à en extraire les séquences et analyser leurs caractéristiques intrinsèques par une nouvelle méthode bio-informatique. À notre connaissance, notre étude, à ce jour, est la première à utiliser les récentes techniques de séquençage à haut débit, à des fins d'analyses des viroïdes. La structure relativement simple des viroïdes, brin d'ARN circulaire d'environ 240 à 400 nucléotides, leur confère l'avantage de pouvoir être séquencé dans leur longueur totale par le séquençage à haut débit. Ce dernier couvre de grands volumes de données biologiques, ce qui convient pour séquencer les nuages de séquences qu'on peut retrouver au sein de la population de PLMVd. En bio-informatique, il existe de nombreux algorithmes permettant de comparer des séquences pour en extraire de l'information. L'un des défis majeurs de ces algorithmes est la prise en charge efficace et rapide de quantité de données en constante croissance. Dans le cadre de notre étude, le volume de séquences généré par PLMVd rend impraticable l'application des algorithmes d'alignement pour comparer les séquences et en estimer leurs similarités. D'autres algorithmes tels que ceux basés sur les N-grammes impliquent une perte partielle de l'information contenue dans les séquences. Nous avons donc utilisé une mesure de similarité basée sur le modèle de probabilité conditionnelle (CPD) qui nous permet d'une part, de conserver l'information sous forme de patrons (sous-séquences) contenus dans les séquences, et d'autre part, d'éviter l'alignement de séquences tout en comparant directement chaque séquence avec un ensemble de séquences. Le modèle CPD est intégré dans un nouvel algorithme de segmentation pour les séquences catégoriques, appelé DHCS. Cette étude révèle de nouveaux aspects dans la variabilité génétique de PLMVd. En effet, elle nous a permis d'une part d'extraire des familles de séquences caractérisées par des mutations spécifiques, puis d'autre part, de représenter la distribution de ces mutations dans une arborescence. Par la suite, elle a favorisé l'observation de mutations localisées dans le noyau d'un motif particulier, nommé le ribozyme en tête de marteau des séquences, servant à l'amélioration de l'adaptation de PLMVd. Celui-ci est effectivement sujet à mutations parce que la séquence inoculée au pêcher après 6 mois d'infections n'a pas été retrouvée et que le nombre de mutations enregistrées varie de 2 à 51. Des deux librairies obtenues, nous avons répertorié 1125 et 1061 séquences pour un total de 2186 nouvelles séquences de PLMVd. Seules 300 séquences étaient connues à ce jour. Nous avons observé que les séquences possèdent, selon la librairie, en moyenne 4.6 et 6.3 mutations par rapport à la séquence inoculée. Certaines d'entre elles ont jusqu'à 20 % de dissimilarité par rapport à la séquence inoculée, ce qui est considérable. Grâce à DHCS, les différentes séquences ont pu être groupées en familles, au nombre de 7 et 8 selon la librairie.

Les viroïdes sont les pathogènes les plus simples connus à ce jour. Ils possèdent un génome d'ARN simple brin, circulaire, qui n'encode aucune protéine et qui n'est pas encapsidé. Malgré tout, ils sont capables d'infecter des plantes supérieures et de causer des symptômes suffisamment sévères pour amener d'importantes pertes économiques dans les domaines agro-alimentaire et horticole. Depuis quelques années, plusieurs études ont été réalisées pour mieux comprendre ces pathogènes obligatoires mais, jusqu'à maintenant, peu de données sont disponibles sur les petits ARN interférents (siARN) produits par les plantes à la suite d'une infection par un viroïde. Le but de ce travail est de recueillir le plus d'informations possible sur les siARN produits par le pêcher à la suite d'une infection par le viroïde de la mosaïque latente du pêcher (PLMVd). Les petits ARN non-codants de 18 à 26 nucléotides de plants de pêcher sains et infectés par PLMVd ont été clonés et séquencés.Les observations faites à partir de ces séquences montrent que seul le plant infecté produit des petits ARN homologues à PLMVd. Aussi, certaines régions du génome du viroïde semblent être plus enclines à produire des siARN. De plus, les deux polarités du génome de PLMVd semblent être susceptibles à l'interférence à l'ARN. Ensuite, certaines observations montrent que les molécules circulaires de PLMVd ainsi qu'un duplex d'ARN formé des deux polarités du génome de PLMVd sont des cibles potentielles de l'interférence à l'ARN. Enfin, à la suite de l'analyse des résultats, on peut supposer que les siARN homologues à PLMVd peuvent modifier l'expression de certains gènes végétaux. À la suite de ces observations et aux questions qu'elles ont soulevées, nous avons préparé une expérience de séquençage à haut débit des petits ARN d'un plant de pêcher sain et d'un plant infecté par PLMVd.Les résultats préliminaires montrent que le niveau d'expression de PLMVd et des petits ARN homologues à PLMVd varient selon les plants étudiés et selon le mois dans lequel les feuilles de pêcher ont été cueillies. L'ARN extrait des feuilles qui semblaient contenir la plus forte concentration de siARN a été utilisé pour les expériences suivantes.Les premiers tests pour la préparation des petits ARN pour le séquençage par la technologie Solexa d'Illumina montrent que le kit de préparation des petits ARN est efficace. En conclusion, ces résultats ouvrent la voie à un séquençage à haut débit des siARN de pécher, plus particulièrement ceux qui sont associés à l'infection par PLMVd. Ils permettent aussi d'énoncer certaines hypothèses qu'il sera intéressant de vérifier dans le futur.

Les viroïdes sont de petites molécules d'ARN simple-brins circulaires qui infectent les plantes et induisent une variété de symptômes.Les viroïdes ne codent pour aucune protéine, mais possèdent une structure secondaire complexe qui leur permet d'accomplir différentes fonctions et d'interagir avec diverses composantes de leur hôte. Pour compléter leur cycle de réplication, les viroïdes doivent nécessairement interagir avec des protéines de leur hôte. Quelques protéines ont déjà été identifiées pour se lier à certains viroïdes. Toutefois, avant le début de mes études aucune protéine n'était connue pour interagir avec le viroïde de la mosaïque latente du pêcher (PLMVd). Notre laboratoire s'intéresse justement au PLMVd, un viroïde de la famille des Avsunviroidae qui se répliquent à l'intérieur des chloroplastes des plantes de pêcher infectés. Ce viroïde se réplique plus précisément par un mécanisme en cercle-roulant symétrique, ce qui implique que ses deux polarités utilisent exactement le même mécanisme et possèdent donc plusieurs caractéristiques similaires. Toutefois, quelques légères différences biochimiques avaient été recensées entre les deux polarités. Par le passé, l'équipe de notre laboratoire a déterminé la structure secondaire de la polarité positive à l'aide de différentes techniques. Afin de comparer les deux polarités, il devenait important de procéder à l'analyse de la structure secondaire de la polarité négative. Grâce à cette étude, des similitudes et des différences entre les deux ont pu être localisées. Ces résultats seront essentiels pour la poursuite de plusieurs études sur PLMVd. Par exemple, cette structure sera certainement utile pour étudier la liaison de différents partenaires protéiques ainsi que pour l'analyse des petits ARN interférents provenant de PLMVd. Une analyse plus approfondie de la structure secondaire et tertaire des deux polarités de PLMVd a été amorcée par la méthode d'acylation sélective de l'hydroxyle de l'ARN analysée par extension d'amorce (SHAPE). Cette étude a permis de comparer la structure de deux variants et a permis d'identifier de nouveaux motifs, tel qu'un cruciforme à l'intérieur de la tige P11 et un pseudonoeud entre les boucles L1 et L11. Une analyse informatique de toutes les séquences connues de PLMVd a été réalisée et a permis de vérifier le potentiel de ce pseudonoeud pour tous les variants de PLMVd. Par la suite, une étude sur des interactions possibles entre PLMVd et des protéines provenant de feuilles de pêcher a été entreprise. Lors de cette recherche, différentes méthodes de détection des interactions ARN-protéine ont été utilisées, certaines sans succès. L'approche faisant appel à des hybridations de type northwestern fut profitable et permis d'identifier quelques protéines cellulaires capables d'interagir avec PLMVd. La caractérisation de certaines interactions a par la suite été réalisée pour permettre de mieux définir la liaison du facteur d'élongation 1-alpha (eEF1A) sur PLMVd. Finalement, différents projets satellites ont été initiés et concernent l'implication de certains éléments de structure de PLMVd in vivo. Ils seront décrits au dernier chapitre. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec un groupe de recherche de Belgique et ont mené à l'inoculation de plusieurs mutants de PLMVd.

Les viroïdes sont de petits ARN circulaires simple brin qui infectent les plantes supérieures, causant ainsi d'importantes pertes économiques dans les domaines agro-alimentaire et horticole. Ces ARN ne sont pas encapsidés, ne possèdent pas de région codante et se répliquent de façon presque autonome par un mécanisme en cercle roulant. La seule étape du cycle de vie des viroïdes qui requiert la machinerie de l'hôte est la polymérisation de l'ARN. Par ailleurs, cette étape est certainement la moins bien connue, particulièrement chez le viroïde de la mosaïque latente du pêcher (PLMVd). Le but de ce travail est de découvrir des séquences importantes pour l'initiation de la réplication d'une molécule modèle d'ARN inspirée du PLMVd. Un protocole de sélection de promoteur en ARN a d'abord été mis au point. Dans ce type de protocole, des étapes pertinemment désignées s'enchaînent sous forme de cycles afin de sélectionner une molécule d'intérêt. Toutes les étapes constituant le complexe protocole ont été testées avec un témoin positif, basé sur une région minimale du PLMVd connue pour initier la réplication in vitro. Cette molécule a servi à la vérification et à l'optimisation individuelles des nombreuses étapes. Ce protocole amélioré a ensuite été utilisé pour sélectionner des molécules reconnues par l'ARNP d' E. coli à partir d'une population aléatoire d'ARN. Cette sélection a permis l'isolement de plusieurs variants qui ont rapidement montré des ressemblances en terme de séquence primaire au cours des cycles de sélection. En effet, sur trente positions aléatoires, une boite de six nucléotides (CAGACG) se retrouvant à divers endroits est apparue au quatrième cycle puis a été retrouvée presque intégralement dans toutes les séquences à partir du cinquième cycle. Une investigation sur cette boîte a mis en évidence une analogie avec une séquence retrouvée près du site d'initiation in vivo du PLMVd ainsi qu'avec des produits de sélection pour un promoteur ADN simple brin. Ceci semble pointer vers des éléments impliqués dans la réplication dépendante de l'ARN polymérase d'E. coli . L'effet de la boîte conservée CAGACG sur la réplication a été étudié. Le patron de réplication de molécules dont la boite a été modifiée (délétion ou modification) est distinct de celui de la molécule originale. Aussi, l'analyse de la séquence des petits ARN (pARN) produits lors de la réplication révèle l'implication des 6 nt pour fixer l'initiation de la polymérisation. En conclusion, ces résultats s'ajoutent aux évidences qui mèneront vers la découverte des séquences nécessaires à la réplication d'une molécule modèle d'ARN, autant in vitro (reconstitution d'un monde ARN) que in vivo (dans les viroïdes).