Les résultats ajoutent à notre compréhension de l’histoire évolutive profonde du royaume très diversifié des virus Bamfordvirae

Leur étude, publiée aujourd’hui sous forme de Reviewed Preprint dans eLife, fournit ce que les éditeurs disent être des analyses convaincantes qui font progresser notre compréhension de l’histoire évolutive profonde des virus, de l’interaction entre les virus et les premiers eucaryotes (organismes avec des cellules qui incluent un noyau) et de la diversification des lignées virales.

Virus dans le royaume Bamfordvires constituent l’un des groupes les plus divers qui infectent les organismes vivants. Ils comprennent les virus nucléocytoplasmiques à large ADN (NCLDV, les plus grands virus caractérisés à ce jour), les virophages (parasites viraux d’autres virus), les adénovirus (virus courants qui provoquent des symptômes de rhume et de grippe) et Non-conformistes et les virus de type Polinton (les deux éléments génétiques mobiles de type virus qui colonisent les génomes de leurs hôtes).

Il existe deux hypothèses principales pour les origines de ces virus : les hypothèses « évasion nucléaire » et « virophage d’abord ». L’hypothèse de l’évasion nucléaire dit qu’un Maverick-like ancêtre est né avec des hôtes (endogène), s’est échappé du noyau de la cellule hôte et a donné naissance à des adénovirus et à des NCLDV. En revanche, l’hypothèse du virophage d’abord suggère que les NCLDV ont co-évolué avec les virophages précoces. Non-conformistes ont ensuite évolué à partir de virophages devenus endogènes, les adénovirus s’échappant du noyau de l’hôte à un stade ultérieur.

“Malgré ces scénarios proposés, la diversification des virus dans le Bamfordvires royaume reste une question ouverte majeure dans l’évolution des virus. Pour mieux comprendre leur histoire, nous avons voulu tester les prédictions faites à la fois par les modèles d’évasion nucléaire et de virophage d’abord, et envisager des scénarios alternatifs concernant l’origine des différentes lignées », explique José Gabriel Niño Barreat, assistant de recherche postdoctoral à Barreat est co-auteur de l’étude aux côtés d’Aris Katzourakis, professeur d’évolution et de génomique au département de biologie de l’Université d’Oxford.

Barreat et Katzourakis ont utilisé deux méthodes de test d’hypothèses (cadres de vraisemblance maximale et bayésien) pour comparer la plausibilité de l’évasion nucléaire par rapport à des scénarios évolutifs alternatifs. Ils se sont concentrés sur quatre protéines clés partagées par les virus de cette lignée qui sont impliquées dans la formation des capsides virales : les protéines de capside majeures et mineures, l’ATPase d’emballage d’ADN et la protéase. Ils ont appliqué deux autres méthodes qui utilisent des données génétiques pour estimer les phylogénies enracinées, pour déduire la trajectoire évolutive des différentes lignées. Ensuite, ils ont évalué si les adénovirus et les NCLDV descendaient d’un ancêtre commun, comme le prévoyait le scénario d’évasion nucléaire.

Leurs analyses ont révélé des preuves solides contre une relation sœur entre les adénovirus et les NCLDV, comme le suggère l’hypothèse de l’évasion nucléaire. Au lieu de cela, les résultats suggèrent que les adénovirus descendent d’un ancêtre commun avec Non-conformistes, à l’exclusion des NCLDV. En contradiction avec un scénario virophage d’abord, les chercheurs ont découvert que l’ancêtre commun le plus récent de Non-conformistes et les adénovirus n’étaient pas des virophages. Cependant, leur travail n’exclut pas complètement l’hypothèse du virophage d’abord, ce qui en fait la mieux étayée par les analyses phylogénétiques actuelles.

De plus, leur travail apporte un soutien au positionnement de la Bamfordvires racine ancestrale entre les virophages et les autres lignées virales. Ce positionnement a orienté l’équipe vers un nouveau modèle des origines évolutives de ces virus.

“Le modèle propose que le Bamfordvires l’ancêtre ne provenait pas d’une invasion du noyau de la cellule eucaryote, et qu’il s’agissait d’un virus à ADN non virophage avec un petit génome », explique le co-auteur Aris Katzourakis. « Le mode de vie des virophages aurait évolué à un stade ultérieur car ces sont devenus des parasites spécialisés des NCLDV ancestraux.” Katzourakis ajoute que la chronologie relative des événements suggère l’ancêtre commun le plus récent des Bamfordvires royaume existait il y a plus d’un milliard d’années, s’étendant aux stades initiaux de la vie eucaryote. Cependant, une échelle de temps absolue pour la datation précise de ces événements n’est pas actuellement disponible.

Une autre limite de l’étude est que le signal phylogénétique dans les données protéiques analysées peut avoir été obscurci par les profondes divergences et l’extrême diversité de cette lignée. Cependant, les auteurs ont pu faire une distinction solide entre les scénarios alternatifs, et l’accent mis sur l’origine et le développement de la capside virale fournit un moyen simple d’expliquer les données disponibles.

“Ce travail contribue à nos connaissances sur la façon dont les virus développent différentes stratégies évolutives, par exemple pour devenir des parasites d’autres virus comme les virophages, ou des géants viraux comme les NCLDV”, explique Barreat. “En plus de jouer un rôle important dans les écosystèmes de la Terre, il devient de plus en plus clair que les virus peuvent avoir contribué à des transitions évolutives majeures au cours de l’histoire de la vie. Par conséquent, la compréhension de l’histoire évolutive profonde des virus fournit plus de contexte pour ces interactions anciennes et les acteurs impliqué.”

“Démêler les interactions entre les virus et leurs hôtes ouvre une fenêtre sur le passé évolutif profond qui éclaire les origines de ces deux entités biologiques”, conclut Katzourakis.