Thèse Décryptage de la Circulation des Virus Entomopathogènes et Phytopathogènes au Sein des Communautés d'Arthropodes d'Intérêt Agronomique. H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : DGIMI - Diversité, Génomes & Interactions Microorganismes-Insectes
Direction de la thèse : Anne-Nathalie VOLKOFF ORCID 0000000272111370
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

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, 2013). 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., 2018), 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., 2021; Fritz et al., 2023). 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 2025 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.

L'utilisation de virus entomopathogènes en lutte biologique contre les insectes nuisibles et les vecteurs de maladies d'origine agronomique a été proposée comme stratégie de substitution à la lutte chimique depuis les années 1970 (FAO-OMS, 1972) pour réguler les populations d'arthropodes ravageurs de cultures. Cette proposition était motivée par la résistance croissante des insectes « nuisibles » aux produits chimiques et par le début des attentes écologiques de la société. Aujourd'hui, le développement du biocontrôle constitue un défi crucial en agriculture et en santé (plan Écophyto).
Dans ce contexte, les recherches développées dans l'UMR DGIMI (co-tutelle INRAE-Université de Montpellier) sont consacrées aux insectes lépidoptères ravageurs de culture et aux interactions que les insectes entretiennent avec leur environnement biotique (leur microbiote, leurs parasites et leurs plantes hôtes) et abiotique. Nos recherches ont pour objectifs de renforcer notre connaissance des régulations naturelles dans les agroécosystèmes et d'identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu dans les interactions avec l'environnement. Nos résultats peuvent alimenter des sorties opérationnelles pour le biocontrôle des insectes ravageurs de culture à l'aide d'agents entomopathogènes viraux.
Le rôle joué par les virus dans le fonctionnement des écosystèmes, et donc des services écosystémiques qu'ils fournissent, est une question en plein essor au niveau international (Antwis et al., 2017). Les virus retrouvés dans les arthropodes sont extrêmement abondants et diversifiés, et cependant ce réservoir de diversité virale reste sous-étudié (Junglen and Drosten, 2013). Dans ce contexte, DGIMI a récemment initié un nouvel axe de recherche (P2P - des Pathogènes aux Pathobiomes) qui vise notamment à mieux comprendre le rôle des communautés virales dans la dynamique des populations d'arthropodes ravageurs des cultures ; et le rôle des communautés d'arthropodes dans la circulation des virus dans les agroécosystèmes. Le laboratoire a développé des outils de métagénomique qui l'ont conduit à caractériser de nouveaux virus d'insectes ravageurs de cultures (François et al., 2021),(François et al., 2019), plaçant DGIMI comme l'un des leaders nationaux et internationaux sur ce thème (François et al., 2018; Moubset et al., 2022).
(1) Les analyses récentes montrent que les communautés virales associées à une même population d'insecte peuvent présenter une forte variabilité de structure ; ainsi qu'une dynamique temporelle suggérant des phases épidémiques pouvant participer à la régulation annuelle des populations. Elles révèlent également l'existence d'infections virales persistantes fréquentes, dont les conditions qui permettent leur maintien dans les communautés d'arthropodes restent à explorer. Les pratiques agricoles influencent fortement la structuration des communautés d'arthropodes (i.e. leur composition et leur diversité) dans les écosystèmes agricoles, ce qui influencerait la circulation des virus qui leur sont associés, qui impacterait en cascade la dynamique des épidémies virales au sein de ces écosystèmes, avec des conséquences sur l'érosion de la biodiversité et sur les rendements agricoles. Il est prédit qu'une forte biodiversité d'arthropodes au sein d'un environnement y limiterait la prévalence des virus pathogènes via la réduction des potentialités de transmission de ces virus à des vecteurs ou des hôtes susceptibles (i.e. effet dilution). Inversement, il est prédit qu'une communauté d'arthropodes dominée par quelques espèces très abondantes conduirait à des risques plus forts d'épidémies virales. Cependant, nos données sur l'impact de la structure des communautés d'hôtes sur les virus restent extrêmement parcellaires et restreintes à l'étude d'un nombre très limité de virus, ce qui limite fortement leur pouvoir prédictif à l'échelle des communautés (Xu et al., 2014),(Olmo et al., 2023).
(2) D'autre part, des études exploratoires, dont une menée par notre laboratoire, ont montré l'intérêt d'échantillonner des arthropodes afin d'améliorer les approches de surveillance des virus phytopathogènes, car ces espèces sont susceptibles d'être vecteurs de virus végétaux ou de les bioaccumuler via leur régime alimentaire. Les arthropodes constitueraient ainsi de véritables réservoirs de virus (Rosario et al., 2012; François et al., 2021; Fritz et al., 2023). Certaines espèces seraient cependant plus susceptibles que d'autres d'agir en tant que réservoir de diversité virale. Afin d'identifier les meilleures espèces « sentinelles » parmi l'ensemble des arthropodes circulant dans les agroécosystèmes, il est nécessaire de comparer, sans a priori, la composition des communautés virales qui sont associées aux différentes composantes des communautés d'arthropodes. Ce type d'étude n'a, à notre connaissance, encore jamais été réalisé.
Le projet de thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux, dans l'objectif de comprendre la structuration des communautés virales associées aux arthropodes circulant dans des écosystèmes agricoles. L'originalité de ce projet de thèse repose sur une approche (1) holistique (i.e. identification des espèces d'arthropodes sentinelles les plus pertinentes via l'étude de l'entièreté des communautés virales associées à chaque composante des chaines trophiques (plantes - herbivores - prédateurs)) ; et (2) intégrative (i.e. se basant sur des expertises complémentaires axées sur l'écologie, liant macroécologie et l'écologie microbienne, dont la compréhension conjointe des mécanismes d'interactions constitue un des enjeux principaux en écologie).

Le projet de thèse vise à comprendre la structuration des communautés virales associées à des communautés d'arthropodes terrestres. Il se base sur l'échantillonnage d'arthropodes dans des écosystèmes agricoles, l'obtention de la structure (i.e. diversité et composition) de leurs communautés virales, et sur la reconstruction de la circulation de ces virus au sein des réseaux trophiques et des paysages agricoles. Il se focalise sur les communautés de virus d'intérêt agronomique, i.e. virus à potentiel phytopathogène ou entomopathogène.
Le projet permettra d'inférer les dynamiques de circulation des virus (i) entre les différentes composantes des réseaux trophiques d'arthropodes, et (ii) entre les différents types de cultures (i.e. plante hôte, pratiques agricoles), (iii) le long d'un gradient paysager. Les résultats attendus de ce projet apporteront des connaissances fondamentales sur l'impact de la structuration des communautés d'arthropodes sur la circulation et la persistance des virus phytopathogènes et entomopathogènes dans les écosystèmes agricoles. Ce projet permettra également d'identifier les espèces d'arthropodes sentinelles les plus pertinentes (i.e. contenant la plus grande diversité virale) pour la surveillance de virus phytopathogènes de la vigne et du colza.
L'aboutissement de ce projet présente un potentiel important dans le cadre (1) de la surveillance de la circulation des virus phytopathogènes dans les écosystèmes agricoles ; ainsi que (2) du développement du biocontrôle par conservation.

Ce projet sera centré sur une étude multi-échelle de métagénomique virale et de métabarcoding à partir d'une grande campagne d'échantillonnage d'arthropodes qui a été menée dans des écosystèmes agricoles.
1. Échantillonnage
Le projet de thèse se base sur des collectes d'arthropodes qui ont été réalisées en 2025 durant plusieurs périodes favorables aux arthropodes. Ils ont été collectés dans une quarantaine de parcelles de vignobles et de colza situées en Nouvelle Aquitaine. Les parcelles agricoles échantillonnées étaient en agriculture conventionnelle ou en agriculture biologique, le long d'un gradient paysager. Les communautés d'arthropodes ont été prélevées sans a priori et de manière représentative parmi les réseaux trophiques par trois méthodes complémentaires : filet fauchoir, pots barber et prélèvements sur la plante. Des plantes ont également été prélevées. L'identification taxonomique des arthropodes sera réalisée par des spécialistes en entomologie (UMR SAVE, Bordeaux).
2. Obtention des communautés virales (Année 1 ; 12 mois)
La composition des communautés virales associées à chaque échantillon sera caractérisée par une approche de métagénomique virale utilisée en routine par notre laboratoire. Notre protocole se base sur l'enrichissement des échantillons en acides nucléiques encapsidés et permet l'analyse conjointe des communautés de virus à ADN et à ARN. Afin de réduire significativement les coûts associés à la préparation de librairies et au séquençage d'une grande quantité d'échantillons, un multiplexage reposant sur l'utilisation d'amorces « code-barres » sera utilisé (François et al., 2018). Les librairies seront séquencées en utilisant une technologie de séquençage à haut débit short-read pour un total d'un million de reads par échantillon, et certaines librairies d'intérêt seront re-séquencées par la technologie long-read nanopore.
3. Obtention de la composition du bol alimentaire des arthropodes (Année 1 ; conjointement à l'obtention des communautés virales)
La moitié du volume de chaque échantillon sera traité par métabarcoding, ce qui permettra d'identifier les espèces de proies ingérées par les arthropodes prédateurs et les espèces de plantes ingérées par les arthropodes herbivores. Le marqueur mitochondrial de la sous-unité 1 du gène de la cytochrome oxydase (COI) sera utilisé pour l'attribution taxonomique des arthropodes (Tournayre et al., 2020),(Vamos, Elbrecht and Leese, 2017),(Zeale et al., 2011), et les marqueurs trnL, rbcL et ITS2 seront utilisés en combinaison pour l'identification des plantes (Espinosa Prieto et al., 2024). Après amplification par PCR ciblée, les échantillons seront séquencés pour un total de cent-mille reads par échantillon.
4. Analyse bioinformatique et statistique des données (Année 2 et Année 3 ; 18 mois)
Les données de séquençage à haut débit seront traitées en utilisant les ressources du serveur GenoToul (INRAE) couplées à un workflow bioinformatique développé par Sarah François (encadrante). Ces analyses comprennent séquentiellement nettoyage des données, assemblage et attribution taxonomique des génomes viraux, et attribution taxonomique des séquences d'arthropodes et de plantes. Après obtention des données de présence et d'abondance des différents taxa présents dans les échantillons, ces données seront standardisées pour permettre la comparaison inter-échantillons et pour réduire le bruit dû aux contaminations par l'utilisation de témoins. Enfin, des analyses comparatives d'indices de diversité (alpha, beta, gamma), de cooccurrence virus-arthropode, d'abondance virale et de similarité des communautés seront réalisées, ainsi que l'analyse des réseaux de circulation des virus (1) au sein des communautés d'arthropodes, (2) dans les paysages agricoles. Le grand nombre d'échantillons traités, la création d'un duplicat technique par échantillon, ainsi qu'une profondeur de séquençage suffisante pour détecter les composantes rares des communautés virales, permettront de conduire des analyses statistiques robustes. Les résultats obtenus permettront enfin de créer un modèle prédictif et intégratif de la circulation des virus aux échelles (1) de l'espèce d'arthropode, (2) de la guilde, (3) du réseau trophique, (4) le long du gradient paysager.
En complément de ces analyses, des expériences de biologie moléculaire (i.e. PCR ciblées et PCR digitales) seront réalisées sur des échantillons d'arthropodes non traités précédemment, afin d'étudier la prévalence et l'abondance de virus d'intérêt identifiés au cours de cette étude.
5. Valorisation des données (Années 3 ; 6 mois)
Les résultats obtenus précédemment sur la variabilité de la structuration des communautés virales présentes dans chaque espèce d'arthropodes permettront de délimiter différents profils viraux associés à chaque membre du réseau trophique, qui permettront d'identifier les espèces d'arthropodes qui jouent un rôle central dans la circulation des virus phytopathogènes et entomopathogènes dans les parcelles de vignes et de colza, et qui seront ciblées pour la surveillance des phytovirus de la vigne et du colza. Ces résultats permettront également d'inférer des hypothèses sur les raisons pour lesquelles ces arthropodes constituent de bonnes sentinelles (par analyse de traits fonctionnels), ce qui permettrait de transposer ces résultats à d'autres agroécosystèmes. Ces résultats permettront également de mieux appréhender la circulation des virus d'insectes et de plantes au sein des paysages agricoles.
Ces résultats seront valorisés par des publications dans des revues internationales d'écologie et de virologie, ainsi que par des présentations lors de congrès nationaux et internationaux.