Evolutionary dynamics of begomovirus populations in cultivated and non-cultivaded hosts

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.