Estudio funcional de las proteínas codificadas por el virus del Mal de Rio Cuarto en hospedantes vegetales

• Autores: Mongelli, Vanesa Claudia
• Año de publicación: 2010
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Del Vas, Mariana (directora)
• Materia: Pathogenicity; Host Plants; Fijivirus; Proteins; Patogenicidad; Plantas Huéspedes; Proteínas; Mal de Río Cuarto virus; Virus del Mal de Río Cuarto
• Institución: Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria

Tesis presentada para optar al título de Doctor en el área de Ciencias Biológicas, de la Universidad de Buenos Aires, en octubre de 2010
El virus del Mal de Río Cuarto (MRCV, Fijivirus, Reoviridae) causa la principal enfermedad del maíz en la Argentina. Este virus es capaz de replicar de manera persistente y no citopática en delfácidos (chicharritas) y en el floema de varias especies de gramíneas donde provoca síntomas severos y económicamente importantes. Nuestro trabajo anterior demostró que el MRCV es una especie viral independiente de las conocidas hasta el momento cuyo genoma está formado por 10 segmentos de RNA de doble cadena que codifican para 13 proteínas (PMRCVs) e identificó aquellas proteínas estructurales. Sin embargo, aún se desconoce la función de la mayoría de las proteínas virales (en particular de aquellas no estructurales) y los mecanismos moleculares que determinan el establecimiento y desarrollo de la infección. El objetivo general de esta Tesis fue estudiar, definir y caracterizar la función de distintas proteínas codificadas por el MRCV a nivel molecular en hospedantes vegetales. En particular se propuso identificar las proteínas virales implicadas en el movimiento intercelular del virus dentro de la planta, en la producción de los síntomas del MRCV en plantas (determinantes de patogenicidad) y la(s) posible(s) proteina(s) con actividad supresora del silenciamiento de RNA. Este trabajo de Tesis representa el primer avance en la caracterización a nivel molecular de la función de 10 las 13 PMRCVs (P4, P5-1, P5-2, P6, P7-1, P7-2, P8, P9-1, P9-2 y P10) en sistemas vegetales. Para identificar proteínas del MRCV responsables del movimiento viral en plantas, se ensayó la capacidad de las distintas proteínas en estudio de complementar el movimiento de un Potato virus X (PVX) mutante, defectivo en esta función en Nicotiana benthamiana (Nb). Mediante este sistema, no fue posible identificar proteínas de movimiento entre las codificadas por el MRCV. A continuación se analizaron las características de la infección de plantas de Nb con recombinantes de PVX portando distintas secuencias codificantes para las PMRCVs. Se encontró que la expresión temprana de la proteína no estructural P7-2 produce un drástico aumento en la severidad sintomática que no es acompañado por un aumento en la acumulación viral, mientras que la expresión de P7-1 a partir del mismo vector retrasa la infección viral y reduce la severidad sintomática. Por otra parte, la presencia de los secuencias codificantes para las proteínas P9-1 (mayoritaria del viroplasma) y P10 (mayoritaria de cápside externa) en el mismo vector viral impidió el establecimiento de la infección, sugieriendo que estas proteínas podrían desencadenar una respuesta de resistencia a la infección viral en Nb. Con el objetivo de identificar proteínas del MRCV con actividad supresora del silenciamiento del RNA se utilizó un sistema modelo que se basa en la inducción del silenciamiento en plantas transgénicas que expresan GFP mediante la agroinfiltración con una cepa capaz de expresar un inductor de silenciamiento (GFP o dsGFP). Ninguna de las proteínas del MRCV evaluadas logró interferir con el silenciamiento tanto local como sistémico en este sistema. Sin embargo, mediante el uso de este sistema modelo se logró demostrar que la expresión de las proteínas no estructurales P7-1 y P7-2 codificadas por el segmento 7 del MRCV da lugar a reducciones en la acumulación del mRNA de transgenes expresados de manera transitoria o estable en un proceso que probablemente sea de origen postranscripcional. Esta actividad no había sido descripta hasta el momento para otras proteínas virales y es muy novedosa e interesante, en particular cuando se considera que la proteína P7-2 no está presente en el virus Nilaparvata lugens reovirus (NLRV) que pertenece al mismo género que el MRCV pero que es incapaz de infectar plantas. En conjunto los resultados sugieren que las proteínas P7-1 y P7-2 podrían estar implicadas en la regulación de la expresión tanto de genes virales como del hospedante durante el desarrollo de la infección del MRCV. Finalmente, al estudiar la expresión transitoria de las PMRCVs en Nb se encontró que sus niveles de expresión son bajos y que la utilización de dicotiledóneas como sistemas modelo para el estudio funcional de estas proteínas podría no ser conveniente en ciertos casos. Al analizar comparativamente el uso de codones de las PMRCVs en Nb, maíz y Nilaparvata lugens (delfácido en el que replica el NLRV), no se encontraron diferecias en el uso de codones que pudieran explicar los bajos niveles de expresión en Nb. La información y herramientas biológicas aquí generadas constituyen un gran progreso en el estudio de la actividad de las proteínas coficadas por el MRCV lo cual contribuirá al diseño de futuras estrategias efectivas de control de esta enfermedad en plantas.
Mal de Río Cuarto virus (MRCV, Fijivirus, Reoviridae) causes the most important maize disease in Argentina. This virus is able to replicate both in delphacid vectors (planthoppers) where it replicates in a persistent and non-cytopathic manner and in the phloem tissue of several grass species where it produces severe and economically important symptoms. Our previous work showed that MRCV is a new viral species and that its genome consists of 10 segments of double-stranded RNA that encode for 13 proteins (PMRCVs). The identity of the viral structural proteins was also defined. However, the biological function of the different PMRCVs (particularly in the case of non-structural proteins) and the mechanisms that determine the establishment and development of MRCV infection in both hosts are still unknown. The aim of this Thesis was to study, define and characterize the role of different MRCV-encoded proteins in plant hosts at a molecular level. Our particular goals were to identify those viral proteins involved in the virus spread within the plant, those involved in the development of MRCV symptoms in plants (pathogenicity determinants) and the possible viral RNA silencing suppressors. This Thesis represents the first general survey of the biological function at a molecular level of 10 of the 13 PMRCVs (P4, P5-1, P5-2, P6, P7-1, P7-2, P8, P9-1, P9-2 y P10) using plant model system. In order to identify those PMRCVs involved in plant intercellular movement, the capacity of different viral-encoded proteins to complement movement of a mutant Potato Virus X (PVX) in Nicotiana benthamiana (Nb) was assessed. Using this model system no movement protein was found amongst PMRCVs. Next, general features of infections caused by recombinant PVX viruses carrying PMRCVs-coding sequences in Nb were analyzed. It was found that the early expression of P7-2 causes a drastic increase in symptom severity without producing a concomitant increase in recombinant PVX accumulation. Expression of P7-1 from the same PVX vector, on the other hand, lead to a delay in the progress of viral infection and reduced symptom severity. Inoculation of Nb with PVX recombinant vectors harboring P9-1 (major viroplasm protein) or P10 (major outher capsid protein) coding sequences produced no infection, suggesting that these proteins might trigger a resistance response. With the aim of identifying viral suppressors of RNA silencing among PMRCVs, a model system based on the induction of RNA silencing in transgenic plants expressing GFP by agroinfiltration with a strain capable of expressing an inducer of silencing (GFP or dsGFP) was used. None of the analyzed PMRCVs interfered with local or systemic RNA silencing. However using this same model system it was found that the expression of non-structural proteins P7-1 and P7-1, both encoded by MRCV genomic segment 7, caused reductions in the accumulation of mRNA from trangenes either transiently or stably expressed in a process that most probably is of postrancriptional origin. This activity has not been described so far for other viral protein and is very novel and interesting, especially considering that P7-2 is not present in Nilaparvata lugens reovirus (NLRV), a Fijivirus that is unable to infect plants. Overall, the results suggest that P7-1 and P7-2 may be involved in regulating the expression of both viral and host genes during MRCV infection. Finally, upon studying the transient expression of PMRCVs in Nb it was shown that their expression levels are low and that the use of dicots species as model systems for the functional study of these proteins may not be appropriate in certain cases. Comparative analysis of the codon usage of PMRCVs in Nb, maize and Nilaparvata lugens (delphacid in which NLRV replicates), showed that the low levels of expression of PMRCVs in Nb cannot be explained by differences in codon usage between these species. The information and tools generated here represent an important advancement in the study of MRCV-coded activities that will in turn contribute to the development of effective long-term strategies for disease control in plants.
Instituto de Biotecnología
Fil: Mongelli, Vanesa Claudia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Biotecnología; Argentina
Fil: Mongelli, Vanesa Claudia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina