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14/09/2016
Fitopatología molecular
Curso 2016
Qué son los virus vegetales?
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PARÁSITO INTRACELULAR OBLIGATORIO
Virus vegetales
Un virus vegetal es un conjunto de una o mas moléculas de
Dr. Esteban Hopp
[email protected]
ácido nucleico, contenido en una cubierta protectora de
proteínas capaz de autoreplicarse dentro de células
vegetales adecuadas y a veces dentro de su vector
transmisor.
Impacto económico de las infecciones virales
Virus
vegetales
Distintas
Morfologías
 Pérdidas anuales por
infecciones virales en el mundo
USD 60 billones
 Primera causa de pérdidas son
las infecciones fúngicas seguido
por las virales
 Perdidas indirectas en las
plantas infectadas por aumento
de la susceptibilidad a otros
estreses no cuantificables
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Síntomas
Distintos
genomas
Las pérdidas ocasionadas por fitovirus pueden deberse a la destrucción del cultivo, alteración
del producto (su sabor, textura, aroma), defectos estéticos y los altos costos de manejo
(pesticidas, certificación, manejo, etc.).
Algunos síntomas característicos producidos por virus en plantas.
(Fuente: APSnet (http://www.apsnet.org)
Nomenclatura
Sintomatología y patogenesis viral
Anillos cloróticos (a)
Anillos necróticos (a)
Moteado (b)
Clorosis (a)
Necrosis (b)
Mosaico (a)
Los virus de plantas en general se nombran: primero con el nombre de su
hospedante principal y luego por los síntomas característicos que producen
Potato leafroll virus (PLRV)
Malformaciones
Enanismo (c)
Barley yellow dwarf virus (BYDV)
Coloración anormal (b)
Tomado de: a) Thorben Lundsgaard, Dept. of Plant Biology, KVL, Dinamarca; b) APSNet ; c) Scottish Crop Research Institute.
Tabacco mosaic virus (TMV)
Mal de Rio Cuarto virus (MRCV)
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TMV en tomate
BPMV
TSWV
PLRV
Distintos síntomas,
especificidad de tejidos y
huéspedes alternativos
Los síntomas son el resultado de la interacción entre los dos
genomas, propia de cada pareja virus-hospedante.
Son el fenotipo de la interacción entre 2 genomas.
Clasificación de Baltimore
7 grupos según tipo de genoma y mecanismo de producción de ARNm
Virus
Genes de
patogenicidad
Los fitovirus reciben sus nombres por los
síntomas que producen (y sus hospedantes)
SÍNTOMAS
Genes de
defensa
Genes alterados
colateralmente
Cambios
metabólicos,
fisiológicos,
morfológicos
Obtención del ARNm a partir del genoma del virus de
acuerdo con la clasificación de Baltimore
Planta huésped
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Clasificación del ICTV
El ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses) intenta conseguir una
clasificación universal que pueda funcionar como un estándar de clasificación de
los virus, regulando la descripción formal de las nuevas cepas y ordenando su
ubicación dentro del esquema clasificatorio. Intenta que las reglas de
nomenclatura y clasificación se asemejen lo más posible al estándar tradicional
de la clasificación de los organismos utilizando algunas de sus categorías,
sufijos que indican el rango taxonómico y aplicando cursiva a los nombres de los
taxones:
Orden (-virales)
Familia (-viridae)
Esquema de la replicación de los virus de los distintos grupos de la Clasificación de Baltimore.
Subfamilia (-virinae)
Género (-virus)
Especie (-virus)
Lista de las familias y grupos virales vegetales aprobados
por el I.C.T.V.
La taxonomía
Características
Grupo o
familia
Número de
miembros
dsDNA sin envoltura
ssDNA sin envoltura
dsRNA sin envoltura
Caulimovirus
Geminivirus
Cryptovirus
Reoviridae
Rhabdoviridae
Bunyaviridae
14
25
26
9
77
1
Carmovirus
Luteovirus
Machiomovirus
Marafivirus
Necrovirus
Sequi virus
15
27
2
5
2
3
Sobemo virus
Tombusvirus
Tymovirus
10
13
19
Capillovirus
Carlavirus
Clostero virus
Potexvirus
Potyvirus
4
50
12
39
120
Tobamovirus
Trichovirus
15
1
Comovirus
Dianthovirus
Enamovirus
Fabavirus
Ideovirus
Nepovirus
16
3
1
3
1
34
Furovirus
Tobravirus
7
3
Bromovirus
Cucumovirus
Ilarvirus
Alfamovirus
5
4
13
1
Hordeivirus
4
Tenuivirus
7
ssRNA con envoltura
ssRNA sin envoltura
Genomas monopartitos
-Partículas isométricas
-Partículas alargadas
Genomas bipartitos
-Partículas isométricas
-Partículas alargadas
Genomas tripartitos
-Partículas isométricas
-Partículas isométricas
y baciliformes
-Partículas alargadas
Genomas cuatripartitos
-Partículas alargadas
International Committee on Taxonomy of
Virus:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ICTVdB/
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¿Cómo es el ciclo de “vida” de un virus?
ViralZone: http://www.expasy.org/viralzone/all_by_species
Virus de animales
Propagación y dispersión de los virus de plantas
Adsorción y entrada
Salida de los viriones de la célula
X
Virus de plantas
Virus de animales
Entrada y salida de los viriones
X
El ciclo de replicación viral comienza con su entrada a la célula vegetal.
Existen distintos modos de transmisión
Mediante vectores (ejemplo: áfidos)
Daño mecánico
Vector transmisor
Mecánica
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Formas de
transmisión
de los virus
vegetales
Los virus de plantas no salen de su hospedante
espontáneamente para infectara otras plantas. Por esta
razón, no son diseminados por el viento o por el agua
Ciclo de infección de los virus de plantas
Se han descripto
dos mecanismos
principales
de transporte célula
a célula
El
proceso
de
infección
Las proteínas de movimiento (MP) de varios virus de plantas (TMV, PVX,
CMV, BDMV) causan un aumento en el límite exclusión de los
plasmodesmos
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5) Movilización sistémica: movimiento a larga distancia en la planta
Propagación y dispersión de los virus dentro de las plantas
La dispersión sistémica del virus se da mediante el floema, siguiendo el sentido del
flujo de fotoasimilados
Tejido sistémico (destino)
La dispersión sistémica del virus se da
mediante el floema, siguiendo el
sentido del flujo de fotoasimilados. Las
flechas indican anastomosis (conexiones
radiales)
Hoja inoculada (fuente)
(Tomado de Taiz y Zeiger, 2006)
Modified from Hipper et al
2013
Tejido sistémico (destino)
El tiempo que tarda el virus en movilizarse en su hospedante depende de varios
factores: la variedad de la planta, el tipo de virus, la edad al momento de la
inoculación y principalmente la temperatura.
Traducción y transcripción del genoma viral
Dependiendo de la naturaleza de su genoma, la traducción
puede ocurrir antes o después de la transcripción
Virus a ARNsc
ssRNA (+):
• La traducción ocurre antes de la transcripción y puede realizarse
directamente a partir del ARN genómico. Sin embargo, debido a que en las
plantas el ARNm se traduce esencialmente en forma monocistrónica, para
superar esta restricción apelan a:
- Segmentación del genoma
- Sistemas no canónicos de traducción (readtrough, frameshifting)
- Procesamiento proteolítico
- Síntesis de ARNs subgenómicos
El TMV
Virus a ARNdc,
dsRNA, ARNsc
ssRNA (-) y DNA:
• La transcripción ocurre antes que la traducción. Estos tipos de genomas
no pueden traducirse directamente
directamente. Por lo tanto, es necesario un proceso
intermediario de transcripción
transcripción.
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Plantas de tabaco (Nicotiana tabacum) susceptibles inoculadas
con buffer (A) o infectadas con TMV (B)
Fuente: Cortesía Dra. G. C. Conti
Mosaico característico
Fuente: APSnet (http://www.apsnet.org)
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Respuesta HS
TMV respuesta HS
La genética reversa es una disciplina genética que, partiendo del
conocimiento de un fragmento de ADN clonado o secuenciado, investiga
sobre su función biológica alterando dicho ADN mediante mutación,
generalmente a nivel masivo. Dicha mutación puede ser puntual, por
sustitución de nucleótidos, o más drástica, por ejemplo mediante reemplazo
completo
La producción de clones infectivos fue un paso esencial para desarrollar
sistemas de genética reversa que permitan la caracterización de los virus
a nivel molecular y biológico.
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Colocarlo bajo el control de un promotor
P
DNA viral
terminador
Utilizamos un promotor que permita la transcripción del genoma viral directamente en la
planta, como 35S del Cualiflower mosaic virus (CaMV) o promotores de genes de las
plantas (promotor de ubiquitina, actina, etc)
35S (virus RNA o DNA)
35S
Infección mecánica
DNA viral
terminador
Biobalística
Agroinfección
Pistola génica Helios
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Tospovirus
Tospovirus :TSWV
BYDV
El PLRV
Luteovirus
Grupo IV: ssRNA (+)
Familia: Luteoviridae
Género: Polerovirus
Se transmite por áfidos
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El género Potyvirus
Es el género más numeroso de todos los virus de plantas
Potyvirus: PVY
Virión (A) y organización genómica (B)
Flexuoso, simetría helicoidal, 15 X 800 nm, 5% RNA y 95% proteína. Genoma monopartito, de 10 kb
RNA ss(+).
A
RNA
genómico
CP
C
D
B
Fuente: http://viralzone.expasy.org/
Árbol filogenético (distancia) de los Potyvirus. Fuente: Wang et al., 2006
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Mal de Río Cuarto (MRCV) del maíz
 Acortamiento de los entrenudos y altura reducida
 Malformación de hojas
 Raíces reducidas
 Espigas numerosas, deformes, pequeñas y estériles
 Las mazorcas presentan escasa formación de granos
Traducción y luego
proteólisis de la
poliproteína
 Síntoma distintivo:
Enaciones en las nervaduras en el envés de las hojas
Tomado del informe PROMARC, IFFIVE-INTA
Insecto vector: Delphacodes kuscheli Fennah (chicharrita)
Partícula del MRCV
Genoma del MRCV
4500 pb
S1
S2/S3
S4
S5
Hospedadores naturales del MRCV (malezas)
S6
Otras especies cultivadas afectadas por el MRCV
S7
Avena, trigo, cebada, centeno, mijo
S8
Control de la enfermedad
 Siembra temprana o tardía
 Uso de híbridos tolerantes (no se ha detectado
resistencia génica)
1700 pb
S10
S9
10 segmentos genómicos
de dsRNA (~ 29 Kpb)
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Ciclo replicativo de los Reovirus
Familia Reoviridae
Género
Miembro tipo
5. Captura de
viriones y RNA
viral en
viroplasmas
Huésped
Phytoreovirus
Wound tumor virus
Plantas superiores e insectos
Fijivirus
Fiji disease virus
Plantas superiores e insectos
Oryzavirus
Rice ragged stunt virus
Plantas superiores e insectos
Orthoreovirus
Reovirus tipo I
Vertebrados
Orbivirus
Bluetongue virus
Coltivirus
Colorado tick fever virus
Vertebrados y artrópodos
Rotavirus
Human rotavirus
Mamíferos y aves
Aquareovirus
Golden shiner reovirus
Peces, cefalópodos
Cypovirus
Cytoplasmic poliedrosis virus
Núcleo
9. Salida del
virus
Entrada del virus
1. Desencapsidación
4. Formación del
viroplasma; P9-1, P6,
prot del hospedante
8. Estructura
cristalina
7. Síntesis de dsRNA
Vertebrados y artrópodos
Insectos
2. Transcripción de
ARNm viral
3. Expresión de
proteínas virales
7. Maduración
6. Ensamblado de viriones
progenie. Empaquetamiento
secuencial comenzando por S10
Citoplasma
8. Túbulos
DNA virus
Familia: Geminiviridae
Género: Begomovirus
Grupo II: ssDNA (circular cerrado, genoma bipartito A y B, empaquetados en
partículas separadas)
No envuelto, cápside de dos icosahedros incompletos
Se transmite por una única especie de mosca blanca
Potato Yellow Mosaic Virus, Bean Golden Yellow Mosaic Virus
A esta familia también pertenecen los géneros Mastrevirus (Maize Strike Virus)
y Curtovirus (Beet Curly Top virus) con genomas monopartito. Se transmiten
por leafhoppers. El género Topocuvirus (Tomato Pseudo-Curly Top Virus) se
transmite por treehoppers.
Pueden recombinar varios virus que
coinfectan una planta.
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Gemininivirus
CaMV
Virus del Mosaico del Coliflor
Genoma circular doble
cadena de 8 kb,
interrumpido por
discontinuidades
sitioespecíficas, resultado
de su replicación por
transcripción reversa.
Familia: Caulimoviridae (tiene 6 géneros) Grupo: VII (dsDNA-RT)
Género: Caulimovirus
Especie: Cauliflower Mosaic Virus
Familia de Pararetrovirus que infectan plantas. Los pararetrovirus se
replican a través de transcripción reversa, como los retrovirus, pero las
partículas contienen DNA en lugar de RNA.
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ORFs del
virión
I: MP
II: Insect
transmission
factor
III
IV: CP
V: Proteasa,
transcriptasa
reversa,
RNAsa H
VI:
Translational
Activator/
Inclusion
Body protein
VII:
desconocido
(dispensable)
ORFs del virión
Luego de la entrada del virus a la
célula, los nicks del genoma viral son
reparados, formando un DNA
superenrollado que se une a histonas.
Este DNA se transcribe un RNA 35S
(full-length) y un RNA 19S
(subgenómico)
A partir de estos se traducen las prot.
RNA 19S: codifica la prot. ORF VI
(TAV) que controla el inicio de la
traducción de la mayoría de las
proteínas del RNA 35S policistrónico.,
se debe asociar con polisomas y el
factor de iniciación eucariota IEF3.
Replicación:
Se forma el minicromosoma.
Se transcribe el 35S RNA y a partir de
este por transcripción reversa se
sintetiza dsDNA.
Se forman nuevas partículas de virus
en estructuras de cuerpos de inclusión
y luego se liberan. Las partículas
tienen forma esférica.
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Un organismo “sin genes”
Potato Spindle Tuber
Viroid
Rutgers tomato plants infected with naturally occurring strains of
Potato spindle tuber viroid exhibit mild to severe symptoms of
stunting, epinasty, and leaf rugosity.
Hammond, R. W. and Owens, R. A. 2006. Viroids: New and
Continuing Risks for Horticultural and Agricultural Crops.
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Un organismo “sin genes”
RNA silencing:
1) changes to the viroid genome can dramatically alter its virulence (less complementary base
pairing with target messenger RNA).  SYMPTOMS
2) siRNAs corresponding to sequences from viroid genomes have been isolated from infected
plants.
3) transgenic expression of the noninfectious hpRNA of potato spindle tuber viroid develops all
the corresponding viroid like symptoms.
Virusoides
Replicación y
autoclivaje
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Para qué estudiar la
infección de los virus
vegetales?
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