Análise da diversidade genética de Begomovírus em tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill) no Centro-Oeste Paulista

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização biofísica e produção de antissoro policlonal contra a capa proteica recombinante do Southem bean mosaic virus

Pós-graduação em Genética - IBILCE

Caracterização genética parcial e completa da nucleoproteína de hantavírus na Amazônia brasileira

A Síndrome Pulmonar por Hantavírus (SPH) vem sendo diagnosticada na Amazônia brasileira desde 1995. Até dezembro de 2010 já foram diagnosticados 289 casos na Amazônia brasileira, registrados nos estados do Mato Grosso, Pará, Maranhão, Amazonas e Rondônia. O objetivo geral do presente estudo foi caracterizar geneticamente cepas de hantavirus circulantes nesses estados. Foram utilizadas amostras de vísceras de roedores silvestres positivos para anticorpos IgG contra hantavírus, capturados em estudos ecoepidemiológicos, realizados nos municípios de Itacoatiara/AM, Alto Paraíso/RO e Campo Novo do Parecis/MT, e soro/sangue de casos humanos de SPH provenientes dos municípios da área de influência da BR-163, nos estados do Pará e Mato Grosso, Tomé-Açu/PA, Tangará da Serra/MT, além de pool de vísceras de um óbito procedente de Anajatuba/MA. As amostras foram submetidas à extração de RNA viral, seguida das reações de RT-Hemi-Nested-PCR para amostras de roedores, RT-Nested-PCR para amostras de humanos e sequenciamento nucleotídico, utilizando o método de Sanger e o pirossequenciamento, sendo, posteriormente, verificados quanto a aspectos como, identidade (BLAST search), similaridade (SimPlot) e homologia nucleotídica e aminoacídica com outros hantavírus (Clustal W). Foram obtidas as sequências parciais dos hantavírus em cinco roedores da espécie Oligoryzomys microtis (n=2 de Itacoatiara/AM; n=3 de Alto Paraíso/RO) e em oito amostras de humanos (n=1 de Tomé-Açu/PA; n=1 de Altamira/Cachoeira da Serra; n=1 de Novo Progresso/PA; n=1 de Guarantã do Norte/MT; n=1 de Anajatuba/MA e n=3 de Altamira/Castelo dos Sonhos). Com a utilização da estratégia do pirossequenciamento foram obtidas as sequências completas do gene N, S-RNA dos hantavírus em três roedores (n=2 de Alto Paraíso/RO e n=1 de Campo Novo do Parecis/MT) e dois casos humanos (n=1 de Tangará da Serra/MT e n=1 de Novo Progresso/PA). As análises das sequências completas demonstraram a presença de ORFs para uma possível proteína NSs, já descrita para outros hantavírus. As análises filogenéticas entre as sequências obtidas neste estudo e de outros hantavírus disponíveis no GenBank sugerem que, o vírus Castelo dos Sonhos é o responsável pelos casos de SPH em municípios da área de influência da BR-163, obtendo-se, pela primeira vez, a sequência completa desse vírus em roedor Oligoryzomys utiaritensis, capturado no Mato Grosso; confirmou-se a circulação contínua do vírus Laguna Negra-like, associado aos casos de SPH no estado do Mato Grosso; o vírus Mamoré-like foi detectado pela primeira vez em roedores O.microtis, nos estado do Amazonas e Rondônia, porém não associado a casos humanos; o vírus Anajatuba foi o responsável por um caso de óbito proveniente do Maranhão. Esse trabalho servirá como suporte para estudos moleculares e epidemiológicos futuros, pois, fornece dados inéditos acerca da transmissão das hantaviroses na Amazônia brasileira.

Caracterização genética, correlação antigênica e ecoepidemiológica dos vírus do grupo C (Bunyaviridae, orthobunyavirus) isolados nas américas

Até o presente momento, estudos moleculares para os vírus do grupo C (Bunyaviridae, Orthobunyavirus) não foram publicados. O presente trabalho determinou as seqüências nucleotídicas completas para os segmento ARN pequenos (P-ARN) e a seqüencias parciais para os segmentos de ARN médio (M-ARN) dos vírus do grupo C. A seqüencia completa do segmento P-ARNvariou de 915 a 926 nucleotídeos, e revelou organização genômica semelhante em comparação aos demais ortobunyavírus. Baseado nos 705 nt do gene N, os membros do grupo C foram distribuídos em três grupos filogenéticos principais, com exceção do vírus Madrid que foi posicionado fora destes três grupos. A análise da cepa BeH 5546 do vírus Caraparu revelou que o mesmo apresenta seu segmento P-ARN semelhante ao do vírus Oriboca , sendo um vírus rearranjado em natureza. Em adição, a análise dos 345 nt do gene Gn para sete vírus do grupo C e para a cepa BeH 5546, revelou uma diferente topologia filogenética, sugerindo um padrão de rearranjo genético entre estes vírus. Estes achados representam as primeiras evidências de rearranjo genético em natureza entre os vírus do grupo C, dos quais vários são patógenos humanos. Finalmente, nossos dados genéticos corroboraram dados de relacionamento antigênico entre esses vírus determinados utilizando métodos sorológicos (testes de fixação de complemento, inibição da hemaglutinação e neutralização), sugerindo que a associação de dados informativos aos níveis molecular, sorológico e eco-epidemiológico podem contribuir para o melhor entendimento da epidemiologia molecular dos ortobunyavírus.

Infecção experimental em hamster dourados (Mesocricetus auratus) e caracterização genética parcial de cinco Phlebovirus (Bunyaviridae) do Complexo Candiru isolados na Amazônia brasileira

Os flebovírus (família Bunyaviridae; gênero Phlebovirus), possuem importância considerável em saúde publica, pois podem causar uma variedade de síndromes clínicas. Na região amazônica brasileira até o momento já foram isolados 23 flebovírus sendo que quatro se destacam por terem sido isolados de humanos: Virus Alenquer, Virus Candiru, Virus Morumbi e Virus Serra Norte. Estes mais o Virus Itaituba, isolado de Didelphis marsupialis, fazem parte do Complexo Candiru (grupo Candiru) e foram utilizados para estudos de caracterização genética e de infecção experimental em hamsters dourados (Mesocricetus auratus). Os Hamsters mostraram-se suscetíveis a infecção por esses flebovírus, apesar de não terem apresentado sinais de doença. A análise histopatológica demonstrou aspectos lesionais no fígado, nos rins, no baço, nos pulmões e no sistema nervoso central, sendo as lesões mais intensas no fígado comprovadas pela presença dos antígenos virais empregando a técnica de imunohistoquímica. A análise das seqüências nucleotídicas parciais dos segmentos PRNA e MRNA obtidas para os cinco flebovírus estudados mostraram maior similaridade genética entre si do que com outros membros do gênero Phlebovirus. Sendo as mesmas geneticamente mais relacionadas ao Virus Punta Toro. Filogeneticamente, independentemente do segmento genômico analisado, os cinco flebovírus constituem um grupo monofilético, sendo que a análise pelo método de máxima verossimilhança demonstrou diferentes origens evolutivas para os segmentos de RNA o que sugere a ocorrência de rearranjo genético em natureza entre estes cinco flebovírus amazônicos.

Resistência de genótipos de cana-de-açúcar ao Sugarcane mosaic virus (SCMV)

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Análise da variabilidade genética e expressão de HPV em papilomatose de laringe

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação de resistência de cultivares de cana-de-açúcar ao Sugarcane yellow leaf virus (SCYLV) e ao seu afídeo vetor Melanaphis sacchari

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Epidemiologia molecular do vírus da Hepatite C: análise comparativa de diferentes regiões subgenômicas aplicadas a estudos de associação genética

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Molecular phylogeography of tick-borne encephalitis virus in central Europe

In order to obtain a better understanding of tick-borne encephalitis virus (TBEV) strain movements in central Europe the E gene sequences of 102 TBEV strains collected from 1953 to 2011 at 38 sites in the Czech Republic, Slovakia, Austria and Germany were determined. Bayesian analysis suggests a 350-year history of evolution and spread in central Europe of two main lineages, A and B. In contrast to the east to west spread at the Eurasian continent level, local central European spreading patterns suggest historic west to east spread followed by more recent east to west spread. The phylogenetic and network analyses indicate TBEV ingressions from the Czech Republic and Slovakia into Germany via landscape features (Danube river system), biogenic factors (birds, red deer) and anthropogenic factors. The identification of endemic foci showing local genetic diversity is of paramount importance to the field as these will be a prerequisite for in-depth analysis of focal TBEV maintenance and long-distance TBEV spread.

Genomic mosaicism in two strains of Dengue virus type 3

Recombination is a significant factor driving genomic evolution, but it is not well understood in Dengue virus. We used phylogenetic methods to search for recombination in 636 Dengue virus type 3 (DENV-3) genomes and unveiled complex recombination patterns in two strains, which appear to be the outcome of recombination between genotype II and genotype I parental DENV-3 lineages. Our findings of genomic mosaic structures suggest that strand switching during RNA synthesis may be involved in the generation of genetic diversity in dengue viruses.

Coevolución virus-planta: impacto de las infecciones virales en poblaciones silvestres de Chiltepín (capsicum annuum var. Aviculare (dierbach) d’arcy & eshbaugh) en México.

El impacto negativo que tienen los virus en las plantas hace que estos puedan ejercer un papel ecológico como moduladores de la dinámica espacio-temporal de las poblaciones de sus huéspedes. Entender cuáles son los mecanismos genéticos y los factores ambientales que determinan tanto la epidemiología como la estructura genética de las poblaciones de virus puede resultar de gran ayuda para la comprensión del papel ecológico de las infecciones virales. Sin embargo, existen pocos trabajos experimentales que hayan abordado esta cuestión. En esta tesis, se analiza el efecto de la heterogeneidad del paisaje sobre la incidencia de los virus y la estructura genética de sus poblaciones. Asimismo, se explora como dichos factores ambientales influyen en la importancia relativa que los principales mecanismos de generación de variabilidad genética (mutación, recombinación y migración) tienen en la evolución de los virus. Para ello se ha usado como sistema los begomovirus que infectan poblaciones de chiltepín (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) D´Arcy & Eshbaugh) en México. Se analizó la incidencia de diferentes virus en poblaciones de chiltepín distribuidas a lo largo de seis provincias biogeográficas, representando el área de distribución de la especie en México, y localizadas en hábitats con diferente grado de intervención humana: poblaciones sin intervención humana (silvestres); poblaciones toleradas (lindes y pastizales), y poblaciones manejadas por el hombre (monocultivos y huertos familiares). Entre los virus analizados, los begomovirus mostraron la mayor incidencia, detectándose en todas las poblaciones y años de muestreo. Las únicas dos especies de begomovirus que se encontraron infectando al chiltepín fueron: el virus del mosaico dorado del chile (Pepper golden mosaic virus, PepGMV) y el virus huasteco del amarilleo de venas del chile (Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV). Por ello, todos los análisis realizados en esta tesis se centran en estas dos especies de virus. La incidencia de PepGMV y PHYVV, tanto en infecciones simples como mixtas, aumento cuanto mayor fue el nivel de intervención humana en las poblaciones de chiltepín, lo que a su vez se asoció con una menor biodiversidad y una mayor densidad de plantas. Además, la incidencia de infecciones mixtas, altamente relacionada con la presencia de síntomas, fue también mayor en las poblaciones cultivadas. La incidencia de estos dos virus también varió en función de la población de chiltepín y de la provincia biogeográfica. Por tanto, estos resultados apoyan una de las hipótesis XVI clásicas de la Patología Vegetal según la cual la simplificación de los ecosistemas naturales debida a la intervención humana conduce a un mayor riesgo de enfermedad de las plantas, e ilustran sobre la importancia de la heterogeneidad del paisaje a diferentes escalas en la determinación de patrones epidemiológicos. La heterogeneidad del paisaje no solo afectó a la epidemiología de PepGMV y PHYVV, sino también a la estructura genética de sus poblaciones. En ambos virus, el nivel de diferenciación genética mayor fue la población, probablemente asociado a la capacidad de migración de su vector Bemisia tabaci; y en segundo lugar la provincia biogeográfica, lo que podría estar relacionado con el papel del ser humano como agente dispersor de PepGMV y PHYVV. La estima de las tasas de sustitución nucleotídica de las poblaciones de PepGMV y PHYVV mostró una rápida dinámica evolutiva. Los árboles filogenéticos de ambos virus presentaron una topología en estrella, lo que sugiere una expansión reciente en las poblaciones de chiltepín. La reconstrucción de los patrones de migración de ambos virus indicó que ésta expansión parece haberse producido desde la zona central de México siguiendo un patrón radial, y en los últimos 30 años. Es importante tener en cuenta que el patrón espacial de la diversidad genética de las poblaciones de PepGMV y PHYVV es similar al descrito previamente para el chiltepín lo que podría dar lugar a la congruencia de las genealogías del huésped y la de los virus. Dicha congruencia se encontró cuando se tuvieron en cuenta únicamente las poblaciones de hábitats silvestres y tolerados, lo que probablemente se debe a una codivergencia en el espacio pero no en el tiempo, dado que la evolución de virus y huésped han ocurrido a escalas temporales muy diferentes. Finalmente, el análisis de la frecuencia de recombinación en PepGMV y PHYVV indicó que esta juega un papel importante en la evolución de ambos virus, dependiendo su importancia del nivel de intervención humana de la población de chiltepín. Este factor afectó también a la intensidad de la selección a la que se ven sometidos los genomas de PepGMV y PHYVV. Los resultados de esta tesis ponen de manifiesto la importancia que la reducción de la biodiversidad asociada al nivel de intervención humana de las poblaciones de plantas y la heterogeneidad del paisaje tiene en la emergencia de nuevas enfermedades virales. Por tanto, es necesario considerar estos factores ambientales a la hora de comprender la epidemiologia y la evolución de los virus de plantas.XVII SUMMARY Plant viruses play a key role as modulators of the spatio-temporal dynamics of their host populations, due to their negative impact in plant fitness. Knowledge on the genetic and environmental factors that determine the epidemiology and the genetic structure of virus populations may help to understand the ecological role of viral infections. However, few experimental works have addressed this issue. This thesis analyses the effect of landscape heterogeneity in the prevalence of viruses and the genetic structure of their populations. Also, how these environmental factors influence the relative importance of the main mechanisms for generating genetic variability (mutation, recombination and migration) during virus evolution is explored. To do so, the begomoviruses infecting chiltepin (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) D'Arcy & Eshbaugh) populations in Mexico were used. Incidence of different viruses in chiltepin populations of six biogeographical provinces representing the species distribution in Mexico was determined. Populations belonged to different habitats according to the level of human management: populations with no human intervention (Wild); populations naturally dispersed and tolerated in managed habitats (let-standing), and human managed populations (cultivated). Among the analyzed viruses, the begomoviruses showed the highest prevalence, being detected in all populations and sampling years. Only two begomovirus species infected chiltepin: Pepper golden mosaic virus, PepGMV and Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV. Therefore, all the analyses presented in this thesis are focused in these two viruses. The prevalence of PepGMV and PHYVV, in single and mixed infections, increased with higher levels of human management of the host population, which was associated with decreased biodiversity and increased plant density. Furthermore, cultivated populations showed higher prevalence of mixed infections and symptomatic plants. The prevalence of the two viruses also varied depending on the chiltepin population and on the biogeographical province. Therefore, these results support a classical hypothesis of Plant Pathology stating that simplification of natural ecosystems due to human management leads to an increased disease risk, and illustrate on the importance of landscape heterogeneity in determining epidemiological patterns. Landscape heterogeneity not only affected the epidemiology of PepGMV and PHYVV, but also the genetic structure of their populations. Both viruses had the highest level of genetic differentiation at the population scale, probably associated with the XVIII migration patterns of its vector Bemisia tabaci, and a second level at the biogeographical province scale, which could be related to the role of humans as dispersal agents of PepGMV and PHYVV. The estimates of nucleotide substitution rates of the virus populations indicated rapid evolutionary dynamics. Accordingly, phylogenetic trees of both viruses showed a star topology, suggesting a recent diversification in the chiltepin populations. Reconstruction of PepGMV and PHYVV migration patterns indicated that they expanded from central Mexico following a radial pattern during the last 30 years. Importantly, the spatial genetic structures of the virus populations were similar to that described previously for the chiltepin, which may result in the congruence of the host and virus genealogies. Such congruence was found only in wild and let-standing populations. This is probably due to a co-divergence in space but not in time, given the different evolutionary time scales of the host and virus populations. Finally, the frequency of recombination detected in the PepGMV and PHYVV populations indicated that this mechanism plays an important role in the evolution of both viruses at the intra-specific scale. The level of human management had a minor effect on the frequency of recombination, but influenced the strength of negative selective pressures in the viral genomes. The results of this thesis highlight the importance of decreased biodiversity in plant populations associated with the level of human management and of landscape heterogeneity on the emergence of new viral diseases. Therefore it is necessary to consider these environmental factors in order to fully understand the epidemiology and evolution of plant viruses.

Caracterización de la necrosis sistémica inducida por la interacción sinérgica entre el Virus X de la patata y potyvirus en Nicotiana benthamiana

Los virus de plantas pueden causar enfermedades severas que conllevan serias pérdidas económicas a nivel mundial. Además, en la naturaleza son comunes las infecciones simultáneas con distintos virus que conducen a la exacerbación de los síntomas de enfermedad, fenómeno al que se conoce como sinergismo viral. Una de las sintomatologías más severas causadas por los virus en plantas susceptibles es la necrosis sistémica (NS), que incluso puede conducir a la muerte del huésped. Este fenotipo ha sido comparado en ocasiones con la respuesta de resistencia de tipo HR, permitiendo establecer una serie de paralelismos entre ambos tipos de respuesta que sugieren que la NS producida en interacciones compatibles sería el resultado de una respuesta hipersensible sistémica (SHR). Sin embargo, los mecanismos moleculares implicados en el desarrollo de la NS, su relación con procesos de defensa antiviral o su relevancia biológica aún no son bien entendidos, al igual que tampoco han sido estudiados los cambios producidos en la planta a escala genómica en infecciones múltiples que muestran sinergismo en patología. En esta tesis doctoral se han empleado distintas aproximaciones de análisis de expresión génica, junto con otras técnicas genéticas y bioquímicas, en el sistema modelo de Nicotiana benthamiana para estudiar la NS producida por la infección sinérgica entre el Virus X de la patata (PVX) y diversos potyvirus. Se han comparado los cambios producidos en el huésped a nivel genómico y fisiológico entre la infección doble con PVX y el Virus Y de la patata (PVY), y las infecciones simples con PVX o PVY. Además, los cambios transcriptómicos y hormonales asociados a la infección con la quimera viral PVX/HC‐Pro, que reproduce los síntomas del sinergismo entre PVX‐potyvirus, se han comparado con aquellos producidos por otros dos tipos de muerte celular, la PCD ligada a una interacción incompatible y la PCD producida por la disfunción del proteasoma. Por último, técnicas de genética reversa han permitido conocer la implicación de factores del huésped, como las oxilipinas, en el desarrollo de la NS asociada al sinergismo entre PVXpotyvirus. Los resultados revelan que, respecto a las infecciones con solo uno de los virus, la infección doble con PVX‐PVY produce en el huésped diferencias cualitativas además de cuantitativas en el perfil transcriptómico relacionado con el metabolismo primario. Otros cambios en la expresión génica, que reflejan la activación de mecanismos de defensa, correlacionan con un fuerte estrés oxidativo en las plantas doblemente infectadas que no se detecta en las infecciones simples. Además, medidas en la acumulación de determinados miRNAs implicados en diversos procesos celulares muestran como la infección doble altera de manera diferencial tanto la acumulación de estos miRNAs como su funcionalidad, lo cual podría estar relacionado con los cambios en el transcriptoma, así como con la sintomatología de la infección. La comparación a nivel transcriptómico y hormonal entre la NS producida por PVX/HC‐Pro y la interacción incompatible del Virus del mosaico del tabaco en plantas que expresan el gen N de resistencia (SHR), muestra que la respuesta en la interacción compatible es similar a la que se produce durante la SHR, si bien se presenta de manera retardada en el tiempo. Sin embargo, los perfiles de expresión de genes de defensa y de respuesta a hormonas, así como la acumulación relativa de ácido salicílico (SA), ácido jasmonico (JA) y ácido abscísico, en la interacción compatible son más semejantes a la respuesta PCD producida por la disfunción del proteasoma que a la interacción incompatible. Estos datos sugieren una contribución de la interferencia sobre la funcionalidad del proteasoma en el incremento de la patogenicidad, observado en el sinergismo PVX‐potyvirus. Por último, los resultados obtenidos al disminuir la expresión de 9‐LOX, α‐DOX1 y COI1, relacionados con la síntesis o con la señalización de oxilipinas, y mediante la aplicación exógena de JA y SA, muestran la implicación del metabolismo de las oxilipinas en el desarrollo de la NS producida por la infección sinérgica entre PVXpotyvirus en N. benthamiana. Además, estos resultados indican que la PCD asociada a esta infección, al igual que ocurre en interacciones incompatibles, no contiene necesariamente la acumulación viral, lo cual indica que necrosis e inhibición de la multiplicación viral son procesos independientes. ABSTRACT Plant viruses cause severe diseases that lead to serious economic losses worldwide. Moreover, simultaneous infections with several viruses are common in nature leading to exacerbation of the disease symptoms. This phenomenon is known as viral synergism. Systemic necrosis (SN) is one of the most severe symptoms caused by plant viruses in susceptible plants, even leading to death of the host. This phenotype has been compared with the hypersensitive response (HR) displayed by resistant plants, and some parallelisms have been found between both responses, which suggest that SN induced by compatible interactions could be the result of a systemic hypersensitive response (SHR). However, the molecular mechanisms involved in the development of SN, its relationship with antiviral defence processes and its biological relevance are still unknown. Furthermore, the changes produced in plants by mixed infections that cause synergistic pathological effects have not been studied in a genome‐wide scale. In this doctoral thesis different approaches have been used to analyse gene expression, together with other genetic and biochemical techniques, in the model plant Nicotiana benthamiana, in order to study the SN produced by the synergistic infection of Potato virus X (PVX) with several potyviruses. Genomic and physiological changes produced in the host by double infection with PVX and Potato virus Y (PVY), and by single infection with PVX or PVY have been compared. In addition, transcriptional and hormonal changes associated with infection by the chimeric virus PVX/HC‐Pro, which produces synergistic symptoms similar to those caused by PVX‐potyvirus, have been compared with those produced by other types of cell death. These types of cell death are: PCD associated with an incompatible interaction, and PCD produced by proteasome disruption. Finally, reverse genetic techniques have revealed the involvement of host factors, such as oxylipins, in the development of SN associated with PVX‐potyvirus synergism. The results revealed that compared with single infections, double infection with PVX‐PVY produced qualitative and quantitative differences in the transcriptome profile, mainly related to primary metabolism. Other changes in gene expression, which reflected the activation of defence mechanisms, correlated with a severe oxidative stress in doubly infected plants that was undetected in single infections. Additionally, accumulation levels of several miRNAs involved in different cellular processes were measured, and the results showed that double infection not only produced the greatest variations in miRNA accumulation levels but also in miRNA functionality. These variations could be related with transcriptomic changes and the symptomatology of the infection. Transcriptome and hormone level comparisons between SN induced by PVX/HCPro and the incompatible interaction produced by Tobacco mosaic virus in plants expressing the N resistance gene (SHR), showed some similarities between both responses, even though the compatible interaction appeared retarded in time. Nevertheless, the expression profiles of both defence‐related genes and hormoneresponsive genes, as well as the relative accumulation of salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA) and abscisic acid in the compatible interaction are more similar to the PCD response produced by proteasome disruption. These data suggest that interference with proteasome functionality contributes to the increase in pathogenicity associated with PVX‐potyvirus synergism. Finally, the results obtained by reducing the expression of 9‐LOX, α‐DOX1 and COI1, related with synthesis or signalling of oxylipins, and by applying exogenously JA and SA, revealed that oxylipin metabolism is involved in the development of SN induced by PVX‐potyvirus synergistic infections in N. benthamiana. Moreover, these results also indicated that PVX‐potyvirus associated PCD does not necessarily restrict viral accumulation, as is also the case in incompatible interactions. This indicates that both necrosis and inhibition of viral multiplication are independent processes.

Compromisos en la adaptación a distintos huéspedes en virus de plantas

Los patógenos han desarrollado estrategias para sobrevivir en su entorno, infectar a sus huéspedes, multiplicarse dentro de estos y posteriormente transmitirse a otros huéspedes. Todos estos componentes hacen parte de la eficacia biológica de los patógenos, y les permiten ser los causantes de enfermedades infecciosas tanto en hombres y animales, como en plantas. El proceso de infección produce efectos negativos en la eficacia biológica del huésped y la gravedad de los efectos, dependerá de la virulencia del patógeno. Por su parte, el huésped ha desarrollado mecanismos de respuesta en contra del patógeno, tales como la resistencia, por la que reduce la multiplicación del patógeno, o la tolerancia, por la que disminuye el efecto negativo de la infección. Estas respuestas del huésped a la infección producen efectos negativos en la eficacia biológica del patógeno, actuando como una presión selectiva sobre su población. Si la presión selectiva sobre el patógeno varía según el huésped, se predice que un mismo patógeno no podrá aumentar su eficacia biológica en distintos huéspedes y estará más adaptado a un huésped y menos a otro, disminuyendo su gama de huéspedes. Esto supone que la adaptación de un patógeno a distintos huéspedes estará a menudo dificultada por compromisos (trade-off) en diferentes componentes de la eficacia biológica del patógeno. Hasta el momento, la evidencia de compromisos de la adaptación del patógeno a distintos huéspedes no es muy abundante, en lo que se respecta a los virus de plantas. En las últimas décadas, se ha descrito un aumento en la incidencia de virus nuevos o previamente descritos que producen enfermedades infecciosas con mayor gravedad y/o diferente patogenicidad, como la infección de huéspedes previamente resistentes. Esto se conoce como la emergencia de enfermedades infecciosas y está causada por patógenos emergentes, que proceden de un huésped reservorio donde se encuentran adaptados. Los huéspedes que actúan como reservorios pueden ser plantas silvestres, que a menudo presentan pocos síntomas o muy leves a pesar de estar infectados con diferentes virus, y asimismo se encuentran en ecosistemas con ninguna o poca intervención humana. El estudio de los factores ecológicos y biológicos que actúan en el proceso de la emergencia de enfermedades infecciosas, ayudará a entender sus causas para crear estrategias de prevención y control. Los virus son los principales patógenos causales de la emergencia de enfermedades infecciosas en humanos, animales y plantas y un buen modelo para entender los procesos de la emergencia. Asimismo, las plantas a diferencia de los animales, son huéspedes fáciles de manipular y los virus que las afectan, más seguros para el trabajo en laboratorio que los virus de humanos y animales, otros modelos también usados en la investigación. Por lo tanto, la interacción virus – planta es un buen modelo experimental para el estudio de la emergencia de enfermedades infecciosas. El estudio de la emergencia de virus en plantas tiene también un interés particular, debido a que los virus pueden ocasionar pérdidas económicas en los cultivos agrícolas y poner en riesgo la durabilidad de la resistencia de plantas mejoradas, lo que supone un riesgo en la seguridad alimentaria con impactos importantes en la sociedad, comparables con las enfermedades infecciosas de humanos y animales domésticos. Para que un virus se convierta en un patógeno emergente debe primero saltar desde su huésped reservorio a un nuevo huésped, segundo adaptarse al nuevo huésped hasta que la infección dentro de la población de éste se vuelva independiente del reservorio y finalmente debe cambiar su epidemiología. En este estudio, se escogió la emergencia del virus del mosaico del pepino dulce (PepMV) en el tomate, como modelo experimental para estudiar la emergencia de un virus en una nueva especie de huésped, así como las infecciones de distintos genotipos del virus del moteado atenuado del pimiento (PMMoV) en pimiento, para estudiar la emergencia de un virus que aumenta su patogenicidad en un huésped previamente resistente. El estudio de ambos patosistemas nos permitió ampliar el conocimiento sobre los factores ecológicos y evolutivos en las dos primeras fases de la emergencia de enfermedades virales en plantas. El PepMV es un patógeno emergente en cultivos de tomate (Solanum lycopersicum) a nivel mundial, que se describió primero en 1980 infectando pepino dulce (Solanum muricatum L.) en Perú, y casi una década después causando una epidemia en cultivos de tomate en Holanda. La introducción a Europa posiblemente fue a través de semillas infectadas de tomate procedentes de Perú, y desde entonces se han descrito nuevos aislados que se agrupan en cuatro cepas (EU, LP, CH2, US1) que infectan a tomate. Sin embargo, el proceso de su emergencia desde pepino dulce hasta tomate es un interrogante de gran interés, porque es uno de los virus emergentes más recientes y de gran importancia económica. Para la emergencia de PepMV en tomate, se recolectaron muestras de tomate silvestre procedentes del sur de Perú, se analizó la presencia y diversidad de aislados de PepMV y se caracterizaron tanto biológicamente (gama de huéspedes), como genéticamente (secuencias genomicas). Se han descrito en diferentes regiones del mundo aislados de PMMoV que han adquirido la capacidad de infectar variedades previamente resistentes de pimiento (Capsicum spp), es decir, un típico caso de emergencia de virus que implica la ampliación de su gama de huéspedes y un aumento de patogenicidad. Esto tiene gran interés, ya que compromete el uso de variedades resistentes obtenidas por mejora genética, que es la forma de control de virus más eficaz que existe. Para estudiar la emergencia de genotipos altamente patogénicos de PMMoV, se analizaron clones biológicos de PMMoV procedentes de aislados de campo cuya patogenicidad era conocida (P1,2) y por mutagénesis se les aumentó la patogenicidad (P1,2,3 y P1,2,3,4), introduciendo las mutaciones descritas como responsables de estos fenotipos. Se analizó si el aumento de la patogenicidad conlleva un compromiso en la eficacia biológica de los genotipos de PMMoV. Para ello se evaluaron diferentes componentes de la eficacia biológica del virus en diferentes huéspedes con distintos alelos de resistencia. Los resultados de esta tesis demuestran: i). El potencial de las plantas silvestres como reservorios de virus emergentes, en este caso tomates silvestres del sur de Perú, así como la existencia en estas plantas de aislados de PepMV de una nueva cepa no descrita que llamamos PES. ii) El aumento de la gama de huéspedes no es una condición estricta para la emergencia de los virus de plantas. iii) La adaptación es el mecanismo más probable en la emergencia de PepMV en tomate cultivado. iv) El aumento de la patogenicidad tiene un efecto pleiotrópico en distintos componentes de la eficacia biológica, así mismo el signo y magnitud de este efecto dependerá del genotipo del virus, del huésped y de la interacción de estos factores. ABSTRACT host Pathogens have evolved strategies to survive in their environment, infecting their hosts, multiplying inside them and being transmitted to other hosts. All of these components form part of the pathogen fitness, and allow them to be the cause of infectious diseases in humans, animals, and plants. The infection process produces negative effects on the host fitness and the effects severity will depend on the pathogen virulence. On the other hand, hosts have developed response mechanisms against pathogens such as resistance, which reduces the growth of pathogens, or tolerance, which decreases the negative effects of infection. T he se responses of s to infection cause negative effects on the pathogen fitness, acting as a selective pressure on its population. If the selective pressures on pathogens va ry according to the host s , probably one pathogen cannot increase its fitness in different hosts and will be more adapted to one host and less to another, decreasing its host range. This means that the adaptation of one pathogen to different hosts , will be often limited by different trade - off components of biological effectiveness of pathogen. Nowadays , trade - off evidence of pathogen adaptation to different hosts is not extensive, in relation with plant viruses. In last decades, an increase in the incidence of new or previously detected viruses has been described, causing infectious diseases with increased severity and/or different pathogenicity, such as the hosts infection previously resistants. This is known as the emergence of infectious diseases and is caused by emerging pathogens that come from a reservoir host where they are adapted. The hosts which act as reservoirs can be wild plants, that often have few symptoms or very mild , despite of being infected with different viruses, and being found in ecosystems with little or any human intervention. The study of ecological and biological factors , acting in the process of the infectious diseases emergence will help to understand its causes to create strategies for its prevention and control. Viruses are the main causative pathogens of the infectious diseases emergence in humans, animals and plants, and a good model to understand the emergency processes. Likewise, plants in contrast to animals are easy host to handle and viruses that affect them, safer for laboratory work than viruses of humans and animals, another models used in research. Therefore, the interaction plant-virus is a good experimental model for the study of the infectious diseases emergence. The study of virus emergence in plants also has a particular interest, because the viruses can cause economic losses in agricultural crops and threaten the resistance durability of improved plants, it suppose a risk for food security with significant impacts on society, comparable with infectious diseases of humans and domestic animals. To become an emerging pathogen, a virus must jump first from its reservoir host to a new host, then adapt to a new host until the infection within the population becomes independent from the reservoir, and finally must change its epidemiology. In this study, the emergence of pepino mosaic virus (PepMV) in tomato, was selected as experimental model to study the emergence of a virus in a new host specie, as well as the infections of different genotypes of pepper mild mottle virus (PMMoV) in pepper, to study the emergence of a virus that increases its pathogenicity in a previously resistant host. The study of both Pathosystems increased our knowledge about the ecological and evolutionary factors in the two first phases of the emergence of viral diseases in plants. The PepMV is an emerging pathogen in tomato (Solanum lycopersicum L.) in the world, which was first described in 1980 by infecting pepino (Solanum muricatum L.) in Peru, and almost after a decade caused an epidemic in tomato crops in Netherlands. The introduction to Europe was possibly through infected tomato seeds from Peru, and from then have been described new isolates that are grouped in four strains (EU, LP, CH2, US1) that infect tomato. However, the process of its emergence from pepino up tomato is a very interesting question, because it is one of the newest emerging viruses and economically important. For the PepMV emergence in tomato, wild tomato samples from southern Peru were collected, and the presence and diversity of PepMV isolates were analyzed and characterized at biological (host range) and genetics (genomic sequences) levels. Isolates from PMMoV have been described in different world regions which have acquired the ability to infect pepper varieties that were previously resistants (Capsicum spp), it means, a typical case of virus emergence which involves the host range extension and an increased pathogenicity. This is of great interest due to involve the use of resistant varieties obtained by breeding, which is the most effective way to control virus. To study the emergence of highly pathogenic genotypes of PMMoV, biological clones from field isolates whose pathogenicity was known were analyzed (P1,2) and by mutagenesis we increased its pathogenicity (P1,2,3 and P1,2, 3,4), introducing the mutations described as responsible for these phenotypes. We analyzed whether the increased pathogenicity involves a trade-off in fitness of PMMoV genotypes. For this aim, different components of virus fitness in different hosts with several resistance alleles were evaluated. The results of this thesis show: i). The potential of wild plants as reservoirs of emerging viruses, in this case wild tomatoes in southern Peru, and the existence in these plants of PepMV isolates of a new undescribed strain that we call PES. ii) The host range expansion is not a strict condition for the plant virus emergence. iii) The adaptation is the most likely mechanism in the PepMV emergence in cultivated tomato. iv) The increased pathogenicity has a pleiotropic effect on several fitness components, besides the sign and magnitude of this effect depends on the virus genotype, the host and the interaction of both.

Análise de ligação do gene de resistência Zym-2 com marcadores microssatélites e reação de acessos de meloeiro ao Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV)

As viroses causam perdas significativas na cultura do melão. Dentre essas, o vírus do mosaico amarelo da abobrinha-de-moita (Zucchini yellow mosaic virus- ZYMV) possui grande importância para a cultura e é encontrado em todos os locais de plantio de cucurbitáceas. O controle desse vírus através da resistência genética é a forma mais eficiente de manejo. O acesso PI414723 é a única fonte de resistência de meloeiro ao ZYMV. Essa resistência é oligogênica e supostamente condicionada por três genes dominantes: Zym-1, Zym-2 e Zym-3. A localização cromossômica do gene Zym-1 já foi confirmada no grupo de ligação 2, próximo ao marcador CMAG36. Entretanto, a localização de Zym-2 ainda carece de confirmação experimental, muito embora existam evidências de sua localização no grupo de ligação 10 (LGX). Sendo assim, um dos objetivos do presente trabalho foi confirmar a localização do gene Zym-2 através de análises de ligação com marcadores microssatélites (SSRs). Para tanto, foi utilizada uma população F2 derivada do cruzamento PI414723 x \'Védrantais\'. As plantas foram inoculadas mecanicamente com o isolado RN6-F, patótipo 0, duas vezes em um intervalo de 24 h. A confirmação da infecção e a quantificação dos títulos virais nas plantas F2 foram realizadas através do teste PTA-ELISA. O DNA genômico das plantas foi extraído da primeira folha verdadeira e utilizado nas reações de PCR com primers específicos para SSRs selecionados pertencentes ao LGX. Observou-se uma distribuição assimétrica de classes de absorbância e maior frequência de indivíduos F2 na classe com menor valor (0,1 a 0,2), sugerindo a existência de um gene de efeito maior. O teste chi-quadrado mostrou que todos os marcadores segregaram na frequência esperada (1:2:1), exceto o marcador CMCT134b. A ligação do Zym-2 aos marcadores foi confirmada por meio de regressão linear simples. Dos marcadores analisados, a regressão linear foi significativa para MU6549 e CMBR55, com p-valores de 0,011 e 0,0054, respectivamente. As análises de ligação mostraram que as ordens e as distâncias entre os marcadores condizem com os mapas presentes na literatura. Um segundo objetivo do estudo foi o de avaliar a reação ao ZYMV de 42 acessos de meloeiro oriundos da região Nordeste do Brasil, com o intuito de explorar novas fontes de resistência. Foram realizados dois experimentos utilizando a mesma metodologia citada anteriormente. O título viral médio entre os acessos variou de 0,123 a 0,621 no experimento 1 e de 0,019 a 0,368 no experimento 2. Alguns acessos apresentaram consistentemente baixos títulos virais, próximos aos do acesso resistente PI414723 e dos controles negativos (plantas não inoculadas da cultivar \'Védrantais\'). Portanto, estes acessos mostram-se como potenciais fontes de resistência ao vírus para o emprego em programas de melhoramento.