Plant-virus interactions : exploring the impact of banana mild mosaic virus infection on the growth of in vitro banana plants

Abstract

Description of the subject: For a long time, viruses have only been seen as disease-causing agents for plants, particularly for crops. However, recent results showing the ubiquity of plant viruses in symptomless wild plants but also crops are changing this perception. Many viruses do not cause symptoms on most of their hosts, and some can even be beneficial. In the case of plant viruses, it can be considered a conditional mutualism, with viruses providing tolerance to environmental stresses such as drought. Among the viruses affecting banana plants, the banana mild mosaic virus (BanMMV) is one of the most common. It is found in almost half of wild banana species and typically has no visible or only mild effects on cultivated bananas. Banana plants originate from tropical forests in South-East Asia, where limited light is a crucial environmental factor.

Objectives: This study aimed to investigate the possible impact of BanMMV on the growth of banana plants under shading stress, simulating natural forest conditions. The cultivar Ndingo Liko (ITC0199) was used for in vitro testing. Additionally, the study included a preliminary examination of the effect of drought on such in vitro banana plants.

Method: An in vitro bioassay was utterly set up for the study, evaluating, measuring, and optimizing different factors, such as RNA extraction protocol, shading intensity and homogeneity, and adaptation of measures for in vitro plants. The study involved 24 BanMMV-infected plants and 24 BanMMV-free plants. Half of each group was placed under individual handmade shading nets (85% shade), while the rest were left in full light conditions. An additional 12 BanMMV-negative plants were subjected to a drought simulation using a regeneration culture medium with 0.2 M of sorbitol. Data collection encompassed virus detection and seven plant biomass and morphology measurements.

Results: BanMMV infection and shading did not show any significant interaction. Nevertheless, this allowed for a separate analysis. BanMMV negatively affected plant height and led to an increase in the number of shoots. The shading treatment only led to a significant increase in height under shade, likely due to etiolation. Regarding the separate drought simulation, it showed multiple impacts on the banana plants, including reduced height, increased shoot numbers, and increased dry aerial weight.

Conclusions: In the shade and full light conditions explored, BanMMV only had a detrimental effect on the plants, altering resource allocation and possibly promoting virus replication through increased shoots rather than height. Regarding the observed somewhat limited impact of shading on the plants, complementary studies could explore using even denser shading nets. The preliminary results obtained on the impact of drought warrant further investigation into the potential effect of the virus, this time on the plant tolerance to drought.

Description du sujet : Pendant longtemps, les virus ont été considérés uniquement comme des agents pathogènes pour les plantes, en particulier pour les cultures. Cependant, des résultats récents montrant l'omniprésence des virus végétaux dans les plantes sauvages asymptomatiques, mais aussi dans les cultures, sont en train de modifier cette perception. De nombreux virus ne provoquent pas de symptômes chez la plupart de leurs hôtes, et certains peuvent même être bénéfiques. Dans le cas des virus des plantes, on peut parler d'un mutualisme conditionnel, les virus apportant une tolérance aux stress environnementaux tels que la sécheresse. Parmi les virus affectant les bananiers, le virus de la mosaïque douce du bananier (BanMMV) est l'un des plus courants. Il est présent dans près de la moitié des espèces de bananiers sauvages et n'a généralement pas d'effets visibles sur les bananiers cultivés, ou seulement de légers effets. Les bananiers sont originaires des forêts tropicales de l'Asie du Sud-Est, où le manque de lumière est un facteur environnemental considérable.

Objectifs : Cette étude visait à étudier l'impact du BanMMV sur la croissance des bananiers dans des conditions de stress d’ombrage, simulant les conditions naturelles de la forêt. Le cultivar Ndingo Liko (ITC0199) a été utilisé comme plante in vitro. En outre, l'étude incluait un examen préliminaire de l'effet de la sécheresse sur de tels bananiers in vitro.

Méthode : Un essai biologique in vitro a été entièrement mis en place dans le cadre de l'étude, en évaluant, mesurant et optimisant différents facteurs tels que, le protocole d'extraction de l'ARN, l’intensité et l’homogénéité de l'ombrage, et l’adaptation des mesures sur les plantes in vitro. L'étude a impliqué 24 plantes infectées par le BanMMV et 24 plantes exemptes de BanMMV. La moitié de chaque groupe a été placée sous des filets d'ombrage individuels faits à la main (85 % d'ombre), tandis que le reste a été laissé en pleine lumière. Douze autres plantes supplémentaires négatives au BanMMV ont été soumises à des conditions de simulation de sécheresse en utilisant un milieu de culture de régénération avec 0.2 M de sorbitol. L’acquisition de données couvrait la détection de virus et sept mesures physiques concernant la biomasse et la morphologie des plantes.

Résultats : L'ombrage et l’infection par le BanMMV n'ont pas montré d'interaction significative, ceci permettant néanmoins des analyses séparées. Le BanMMV a eu un effet négatif sur la hauteur des plantes et a entraîné une augmentation du nombre de rejets. Le traitement par ombrage n’a eu comme effet qu’une augmentation significative de la hauteur des plantes, probablement dû à l'étiolement. Quant à la simulation de sécheresse, celle-ci a eu de multiples impacts sur les bananiers, notamment une réduction de la hauteur, une augmentation du nombre de pousses, ainsi qu’une augmentation du poids total et du poids sec aérien.

Conclusions : Dans les conditions explorées d’ombrage et de pleine lumière, le BanMMV a uniquement eu un effet néfaste sur les plantes, modifiant l'allocation des ressources et promouvant éventuellement la réplication du virus à travers une augmentation des rejets plutôt que de la hauteur. Concernant l’influence limitée de l’ombrage sur les bananiers qui a été observée, des études futures pourraient explorer l'utilisation de filets d'ombrage encore plus denses. Les résultats préliminaires obtenus concernant l'impact de la sécheresse justifient une étude plus approfondie de l'effet potentiel du virus, cette fois-ci sur la tolérance des plantes à la sécheresse.