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Tipo: Tese
Título: Evolutionary dynamics of begomovirus populations in cultivated and non-cultivaded hosts
Título(s) alternativo(s): Dinâmica evolutiva de populações de begomovírus infectando tomateiro e plantas daninhas
Autor(es): Lima, Alison Talis Martins
Primeiro Orientador: Zerbini Júnior, Francisco Murilo
Primeiro coorientador: Fontes, Elizabeth Pacheco Batista
Primeiro avaliador: Yotoko, Karla Suemy Clemente
Segundo avaliador: Queiroz, Marisa Vieira de
Terceiro avaliador: Mizubuti, Eduardo Seiti Gomide
Quarto avaliador: Duffy, Siobain Marie Deirdre
Resumo: The Geminiviridae family includes viruses whose genomes are composed of one or two molecules of circular, single stranded DNA encapsided by a single structural protein into twinned icosahedral particles. The family comprises the genera Mastrevirus, Curtovirus, Topocuvirus and Begomovirus, based on the type of insect vector, host range and genome organization. Begomoviruses (whitefly-transmitted geminiviruses) are responsible for serious agricultural threats. In Brazil, a number of novel begomoviruses associated with cultivated and non-cultivated hosts have been characterized. In this context, this work aimed to: (i) molecularly characterize a novel begomovirus species naturally infecting Malvaviscus arboreus; (ii) study the evolutionary dynamics of two begomovirus populations (Tomato severe rugose virus and Macroptilium yellow spot virus) infecting cultivated (Solanum lycopersicum and Phaseolus vulgaris) and non-cultivated hosts (Sida spp. and leguminous weeds) using a novel phylogeny-based partitioning method; and (iii) study the relative contribution of recombination in the evolutionary dynamics of worldwide important begomoviruses. For the first objective, Malvaviscus arboreus plants showing a bright yellow mosaic, collected at the states of São Paulo and Rio de Janeiro, were submitted to DNA extraction and the viral genome was amplified by rolling-circle amplification using the DNA polymerase from phage phi29. Sequence analysis indicated that the virus corresponds to a novel begomovirus species for which the name Malvaviscus yellow mosaic virus (MalYMV) is proposed. Strikingly, MalYMV has unique properties within the family Geminiviridae: a nanovirus- and alphasatellite-like nonanucleotide (5'-TAGTATTAC-3') and a sequence located 5' of the nonanucleotide capable of forming a minor hairpin structure embedded in the major hairpin. For the second objective, crops and weeds in similarly sized areas known to harbor either Macroptilium yellow spot virus (MaYSV) or Tomato severe rugose virus (ToSRV) were intensively sampled. The MaYSV population was notably more variable than the ToSRV population, largely due to a number of recombination events in the 5 -end of its Rep gene. By mapping the recombination events onto maximum likelihood trees based on CP and Rep sequences, it was possible to distinguish the individual contributions associated with the evolutionary processes of mutation and recombination. Using this novel partitioning method, recombination was assessed as the source of 0 and 42% of the standing molecular variability of the ToSRV Rep and CP, respectively, and 36 and 16% of the variability of MaYSV Rep and CP, respectively. For the third objective, the use of the novel phylogeny-based partitioning method of variability was expanded to begomovirus datasets collected from around the world (available in public databases). We observed that the diversification of begomovirus populations is predominantly driven by mutational dynamics, albeit at different extents. Recombination was assessed as the source of up to 50% of all inferred substitutions. These results indicate that the evolution of some begomovirus populations might be significantly dependent on the recombination-prone nature of their genomes in addition to their rapid mutational dynamics.
Abstract: A família Geminiviridae inclui vírus cujos genomas são compostos de uma ou duas moléculas de DNA fita simples circular, encapsidadas por uma única proteína estrutural em partículas icosaédricas geminadas. A família é composta pelos gêneros Mastrevirus, Curtovirus, Topocuvirus e Begomovirus, definidos com base no tipo de inseto vetor, gama de hospedeiros e organização genômica. Begomovírus (geminivírus transmitidos pela moscabranca) são responsáveis por sérias ameaças à agricultura. No Brasil, um grande número de novas espécies de begomovírus associadas a hospedeiros cultivados e não cultivados tem sido caracterizado. Este trabalho teve como objetivos: (i) caracterizar molecularmente uma nova espécie de begomovírus infectando naturalmente plantas de Malvaviscus arboreus; (ii) estudar a dinâmica evolutiva de duas populações de begomovírus (Tomato severe rugose virus e Macroptilium yellow spot virus) infectando hospedeiros cultivados (Solanum lycopersicum e Phaseolus vulgaris) e hospedeiros não cultivados (Sida spp. e plantas daninhas leguminosas), utilizando um novo método de particionamento de variabilidade baseado em filogenia; e (iii) estudar a contribuição relativa da recombinação na dinâmica evolutiva de begomovírus de importância mundial. Para o primeiro objetivo, plantas de Malvaviscus arboreus exibindo mosaico amarelo, coletadas nos estados de São Paulo e Rio de Janeiro, foram submetidas à extração de DNA e o genoma viral foi amplificado por meio do mecanismo de amplificação por círculo rolante. A análise das sequências indicou que o vírus corresponde a uma nova espécie de begomovírus para o qual o nome Malvaviscus yellow mosaic virus (MalYMV) é proposto. Interessantemente, MalYMV tem características únicas dentro da família Geminiviridae: um nonanucleotídeo similar ao de nanovírus e alfassatélites (5'-TAGTATTAC-3') e uma sequência curta localizada imediatamente antes do nonanucleotídeo, capaz de formar uma pequena estrutura em forma de grampo embebida no grampo contendo o nonanucleotídeo. Para o segundo objetivo, áreas de tamanhos similares que conhecidamente abrigavam os begomovírus Macroptilium yellow spot virus (MaYSV) e Tomato severe rugose virus (ToSRV) foram amostradas. A população de MaYSV foi notavelmente mais variável do que a população do ToSRV, principalmente devido a um grande número de eventos de recombinação na região 5' do gene Rep. Por meio do mapeamento dos eventos de recombinação em árvores de máxima verossimilhança baseadas nas sequências dos genes CP e Rep, foi possível distinguir as contribuições individuais associadas aos processos evolutivos de mutação e recombinação. Usando este novo método de particionamento, atribuiu-se a recombinação como fonte de 0 a 42% dos níveis de variabilidade dos genes Rep e CP do ToSRV, respectivamente, e 36 e 16% da variabilidade da Rep e CP do MaYSV, respectivamente. Para o terceiro objetivo, o uso desse novo método de particionamento de variabilidade baseado em filogenia foi expandido para conjuntos de dados de sequências de begomovírus coletados ao redor do mundo (disponíveis em bancos de dados públicos).Observou-se que a diversificação de populações de begomovírus é predominantemente dirigida pela dinâmica mutacional, mas a diferentes níveis. Os resultados indicam que a evolução de algumas populações pode ser significativamente dependente da natureza recombinante de seus genomas em adição à rápida dinâmica mutacional.
Palavras-chave: Geminivirus
Recombination
Mutation
Evolution
ToSRV
Recombinação
Geminivírus
Mutação
Evolução
ToSRV
MaYSV
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOSSANIDADE::FITOPATOLOGIA
Idioma: eng
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Etiologia; Epidemiologia; Controle
Programa: Doutorado em Fitopatologia
Citação: LIMA, Alison Talis Martins. Dinâmica evolutiva de populações de begomovírus infectando tomateiro e plantas daninhas. 2012. 192 f. Tese (Doutorado em Etiologia; Epidemiologia; Controle) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2012.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/1047
Data do documento: 28-Ago-2012
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