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Potyvirus

Potyvirus es un género de virus de ARN de cadena positiva (nombrado en honor al virus Y de la papa ( Potyvirus yituberosi , PVY) ) de la familia Potyviridae . Las plantas son su...

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Potyvirus es un género de virus de ARN de cadena positiva (nombrado en honor al virus Y de la papa ( Potyvirus yituberosi , PVY) ) de la familia Potyviridae . Las plantas son sus huéspedes naturales. Al igual que los begomovirus , los miembros de este género pueden causar pérdidas significativas en cultivos agrícolas, ganaderos, hortícolas y ornamentales . Más de 200 especies de áfidos transmiten potyvirus, la mayoría pertenecientes a la subfamilia Aphidinae (géneros Macrosiphum y Myzus ).El género comprende 216 especies. [ 1 ] [ 2 ]

Estructura

El virión no está envuelto y posee una nucleocápside flexible y filamentosa , de 680 a 900 nanómetros (nm) de longitud y 11 a 20 nm de diámetro. [ 1 ] La nucleocápside contiene alrededor de 2000 copias de la proteína de la cápside. La simetría de la nucleocápside es helicoidal con un paso de 3,4 a 3,5 nm. [ 1 ]  

genoma

Mapa genómico de un miembro típico del género Potyvirus .

El genoma es un ARN monocatenario lineal de sentido positivo , con un tamaño que oscila entre 9000 y 12000 bases de nucleótidos . La mayoría de los potyvirus tienen genomas no segmentados, [ 1 ] aunque varias especies son bipartitas. Las composiciones de bases típicas de algunas de las cepas no recombinantes más comunes de PVY oscilan entre ~23,4-23,8 % G; ~31-31,6 % A; ~18,2-18,8 % C; y ~26,5-26,8 % U. [ 3 ]    

En las especies con un genoma monopartito, una proteína VPg ligada al genoma se une covalentemente al extremo 5' y el extremo 3' está poliadenilado. El genoma codifica un único marco de lectura abierto (ORF) expresado como un precursor de poliproteína de 350 kDa. Esta poliproteína se procesa en diez proteínas más pequeñas: proteína 1 proteasa (P1-Pro), componente auxiliar proteasa (HC-Pro), proteína 3 (P3), inclusión cilíndrica (CI), proteína viral ligada al genoma (Vpg), inclusión nuclear A (NIa), inclusión nuclear B (NIb), proteína de la cápside (CP) y dos pequeñas proteínas putativas conocidas como 6K1 y 6K2. El cistrón P3 también contiene un marco de lectura superpuesto llamado "Pretty interesting Potyviridae ORF " (PIPO). [ 4 ] PIPO codifica un extremo C alternativo para la proteína P3, que se genera en un subconjunto de transcritos por un cambio de marco de lectura +2 causado por un mecanismo de deslizamiento ribosómico en una secuencia repetida GA 6 conservada. [ 5 ] [ 6 ] La proteína resultante se llama P3N-PIPO. Se cree que un mecanismo similar produce un marco de lectura alternativo dentro del cistrón P1, llamado "ORF de potyvirus de batata bastante interesante" (PISPO), en varios potyvirus que infectan la batata, incluido el virus del moteado plumoso de la batata ( Potyvirus batataplumei ) . [ 7 ]

Proteoma

Diagrama del virión del potyvirus

P1 (~33 kilodaltons ( kDa) de peso molecular) es una serina proteasa que facilita su propia escisión de la poliproteína en la unión P1-HC-Pro. [ 8 ] P1 consta de un dominio proteasa C-terminal conservado y una región N-terminal que presenta un alto grado de variación en secuencia y longitud entre las especies de potyvirus, pero exhibe patrones conservados de desorden intrínseco . P1 también promueve la replicación del ARN viral, aunque no es esencial para ella. [ 9 ]

HC-Pro (~52 KDa) es una proteasa de cisteína que escinde un dipéptido glicina- glicina en su propio extremo C. [ 8 ] También interactúa con el factor de iniciación eucariótico 4 (eIF4). Actúa como un supresor del silenciamiento de ARN viral a través de sus interacciones con las proteínas AGO del huésped . [ 10 ] La actividad de HC -Pro está regulada por la proteína P1 adyacente: antes de que P1 se escinda del intermedio P1-HC-Pro, el extremo P1 reduce la actividad de supresión del silenciamiento de ARN de HC-Pro. [ 8 ] Por lo tanto, la tasa de escisión de P1 regula el nivel de supresión de la interferencia de ARN durante la infección. HC-Pro también está involucrada en la transmisión de áfidos. [ 11 ] Aunque se desconoce el mecanismo exacto, se ha propuesto que HC-Pro se une a las piezas bucales del pulgón huésped a través de su dominio N-terminal similar a un dedo de zinc y ancla los viriones a través de sus interacciones con la proteína de la cápside. [ 12 ]

P3 (~41 kDa) es una proteína de membrana necesaria para la replicación viral y se acumula en las vesículas de replicación viral. [ 13 ] Media las interacciones entre las vesículas de replicación y las proteínas del complejo de movimiento, lo que puede permitir que las vesículas de replicación sean reclutadas al complejo de movimiento para un movimiento intercelular eficiente. [ 14 ] P3 también interactúa con la subunidad grande de la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa .

CI (~71 kDa) es una ARN helicasa con actividad ATPasa . [ 15 ] Su propiedad más inusual es su capacidad para formar inclusiones cónicas y cilíndricas grandes y altamente simétricas con un cilindro hueco central del cual las láminas laminadas irradian hacia afuera y se pliegan sobre sí mismas en un patrón a menudo descrito como " molinillos ". Estas inclusiones se ven fácilmente en micrografías electrónicas de transmisión de tejidos infectados y se usaron históricamente como criterio diagnóstico para infecciones por potyvirus. Las inclusiones de CI son un componente principal del complejo de movimiento potyviral que se ensambla en los plasmodesmos . CI también es necesario para la replicación viral y está presente en las membranas de replicación. Sus contribuciones exactas a la replicación no están claras, pero, como ARN helicasa, es probable que CI facilite la replicación desmantelando las estructuras secundarias del ARN viral.

La NIa (~50 kDa) forma inclusiones cristalinas en el núcleo huésped. Se escinde en NIa-Pro y VPg.

NIa-Pro (~27 kDa) es una proteasa de cisteína que procesa la mayoría de los sitios de escisión de la poliproteína. [ 16 ] Las únicas excepciones son las autoescisiones de P1 y HC-Pro. El alto grado de especificidad y conservación de la secuencia de escisión ha convertido a NIa-Pro (a menudo la del virus del grabado del tabaco ) en una herramienta valiosa en biotecnología, especialmente en aplicaciones que requieren la eliminación de etiquetas de afinidad de proteínas recombinantes después de la purificación por afinidad . NIa-Pro también ha demostrado exhibir actividad DNasa independiente de la secuencia e interferir con la metilación del ADN del huésped , lo que sugiere que NIa y/o NIa-Pro están alterando la expresión génica del huésped . [ 17 ] La NIa-Pro de Potyvirus comparte un alto grado de homología con la proteasa 3C de Picornavirida . [ 18 ]

VPg (~22 kDa) se une covalentemente al extremo 5' del ARN genómico viral mediante uridilación y se cree que actúa como un cebador para la replicación del genoma viral de forma similar a las proteínas VPg de los picornaviridae . [ 19 ] Es una proteína altamente desordenada y se ha sugerido que su flexibilidad le permite interactuar con muchas otras proteínas virales. VPg también interactúa con varias proteínas del huésped, incluyendo el factor de iniciación eucariótico 4E (eIF4E), el factor de elongación eucariótico 1A (eEF1A) y la proteína de unión a poli(A) (PABP). [ 20 ] [ 21 ]

NIb (~59 kDa) es una ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRp) de la superfamilia II que polimeriza el ARN viral durante la replicación. [ 22 ] Al igual que NIa, NIb forma inclusiones en el núcleo del huésped, donde es transportada debido a sus dos secuencias de localización nuclear . NIb tiene la estructura de tres dominios "palma, pulgar y dedos" típica de las RdRp.

Se desconoce la función de 6K1 (~6 kDa), pero debido a que se acumula en vesículas de replicación y tiene un dominio transmembrana , se cree que 6K1 contribuye a la formación de vesículas inducida por virus. [ 23 ]

6K2 (~6 kDa) es una proteína transmembrana que reorganiza las membranas del huésped en estructuras de membrana inducidas por virus. [ 24 ] Interactúa con varias proteínas del sitio de salida del RE para producir extensiones vesiculares y tubulares que finalmente maduran en vesículas de replicación. [ 25 ] 6K2 tiene tres dominios principales: el dominio N-terminal, que es necesario para el movimiento de célula a célula; la hélice alfa transmembrana hidrofóbica central ; y el dominio C-terminal, que es necesario para la replicación viral. [ 26 ]

P3N-PIPO (~25 kDa) es una proteína de movimiento específica que ancla el complejo de movimiento al plasmodesmo . [ 27 ] También puede modular el límite de exclusión de tamaño del plasmodesmo al interactuar con proteínas del huésped que cortan los filamentos de actina del plasmodesmo y reducen la deposición de calosa . [ 28 ] [ 29 ] Interactúa con las subunidades grande y pequeña de la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa.

La CP (~30-35 kDa) es la proteína de la cápside. Posee dos dominios terminales desordenados y expuestos en la superficie del virión. [ 30 ] [ 31 ] El dominio central contiene un bolsillo de unión al ARN que se une al ARN viral. La estructura de la proteína de la cápside está altamente conservada en los potyvirus, aunque existe un grado relativamente alto de variabilidad de secuencia. Además de encapsidar el virión, el dominio central de la CP es necesario para el movimiento intercelular y contribuye a la transmisión de semillas. [ 32 ]

Ciertos potyvirus atípicos codifican proteínas o dominios proteicos adicionales, como P1-PISPO, Alquilación B (AlkB) y la inosina trifosfato pirofosfatasa (conocida como ITPasa o HAM1). [ 33 ] Estas anomalías suelen estar situadas en la región hipervariable P1-HC-Pro. [ 8 ]

Ciclo vital

Replicación y movimiento del virus del mosaico de la soja (SMV) dentro de la célula.

Transmisión

La mayoría de los potyvirus se transmiten por los áfidos cuando estos sondean los tejidos vegetales con su estilete durante la alimentación. [ 34 ] No circulan ni se multiplican dentro del áfido y, por lo general, solo persisten en él durante unos minutos. Se ha demostrado que ciertos potyvirus alteran los patrones de alimentación de sus vectores, los áfidos, lo que puede manifestarse en periodos más prolongados de permanencia en plantas infectadas, una reducción del tiempo de alimentación sin sondeo y un aumento de la ingestión de savia del floema.

Se ha documentado la transmisión por semillas y polen en ciertas especies de potyvirus, por ejemplo en PVY y el virus del mosaico del nabo ( Potyvirus rapae , TUMV) . [ 35 ] La transmisión vegetativa por tubérculos infectados o material de injerto es de particular preocupación para ciertos cultivos agrícolas, como la papa y los árboles frutales, respectivamente.

La transmisión también puede ocurrir por contacto físico con plantas infectadas o con herramientas, ropa o incluso agua contaminadas. [ 36 ]

Traducción

Tras la entrada, las partículas de potyvirus se descapsulan y el ARN genómico se libera en el citoplasma del huésped. El ARN de potyvirus imita al ARNm del huésped : la proteína VPg 5' comparte similitudes funcionales con la caperuza 5' y el extremo 3' está poliadenilado . [ 37 ] VPg y sus interacciones con eIF4E y eIF4(iso)E permiten al virus utilizar la maquinaria de traducción dependiente de la caperuza del huésped para su traducción. De forma similar a la traducción eucariota, la interacción VPg-eIF4E ensambla el complejo eIF4F alrededor del ARN viral.

Se han identificado varios sitios de entrada ribosómica interna débiles (IRES) en muchas especies de potyvirus, pero se desconoce si la traducción independiente de la caperuza es un mecanismo de traducción importante para los potyvirus. [ 37 ]

Replicación

Al igual que muchos otros virus de ARN de cadena positiva , la replicación del potyvirus está fuertemente asociada con las membranas del huésped. [ 1 ] [ 38 ] La proteína viral 6K2 coordina la reorganización de las membranas del huésped en varias estructuras asociadas a la infección que, dependiendo de la especie de potyvirus, pueden incluir desde pequeñas vesículas virales redondas hasta estructuras globulares complejas con muchas cisternas o lóbulos. Estas estructuras están salpicadas de complejos de replicación viral y a menudo se denominan "vesículas de replicación", "viroplasma" o "fábricas virales". Las membranas de las vesículas de replicación se derivan de una variedad de orgánulos del huésped y las fuentes difieren entre las especies de potyvirus. Algunas fuentes de membrana incluyen el RE , los cloroplastos , el aparato de Golgi y las vacuolas .

El mecanismo exacto de replicación no se conoce, pero implica un intermediario de ARN de sentido negativo y requiere proteínas tanto virales como del huésped. Las proteínas virales detectadas en los complejos de replicación incluyen HC-Pro, P3, 6K1, 6K2, CI, VPg, NIa-Pro y NIb. [ 39 ] Los factores del huésped presentes en las vesículas de replicación incluyen eIF4A y varias proteínas de choque térmico .

movimiento intercelular

Al igual que la mayoría de los virus vegetales, los potyvirus han evolucionado para moverse de una célula vegetal a otra a través de los plasmodesmos . Sin embargo, a diferencia de algunos virus vegetales bien estudiados, como el virus del mosaico del tabaco , los potyvirus no tienen una sola proteína de movimiento , sino que ensamblan un complejo de movimiento alrededor del plasmodesmo. [ 40 ] Este complejo está compuesto principalmente por tres proteínas virales: CI, CP y P3N-PIPO. Las inclusiones cónicas de CI se anclan a los plasmodesmos mediante P3N-PIPO durante las primeras etapas de la infección por potyvirus. Esto permite que la inclusión canalice partículas virales o complejos de ARN viral-CP a través del plasmodesmo. Las vesículas de replicación también se reclutan al complejo de movimiento, lo que sugiere que la replicación y el movimiento están acoplados. Las vesículas de replicación son reclutadas por P3N-PIPO, que interactúa tanto con CI como con P3 a través del dominio P3N compartido. [ 14 ] La interacción de P3 con 6K2 permite que las vesículas de replicación se unan al complejo de movimiento.

Evolución

Los potyvirus evolucionaron hace entre 6600 y 7250 años. [ 41 ] [ 42 ] Parece que evolucionaron en el suroeste de Eurasia o en el norte de África . La tasa de mutación estimada es de aproximadamente 1,15 × 10 −4 sustituciones de nucleótidos/sitio/año.

Distribución geográfica

La agricultura se introdujo en Australia en el siglo XVIII. Esta introducción también incluyó patógenos vegetales. Se han aislado treinta y ocho especies de potyvirus en Australia. Dieciocho de ellas se han encontrado exclusivamente en Australia y se presume que son endémicas. Las veinte restantes parecen haber sido introducidas con la agricultura.

Diagnóstico

Históricamente, el diagnóstico de potyvirus se basaba en la detección de diversas inclusiones proteínicas en células vegetales infectadas. Estas pueden aparecer como cristales en el citoplasma o en el núcleo, como cuerpos X amorfos, cuerpos membranosos, viroplasmas o estructuras en forma de molinete. [ 43 ] Las inclusiones pueden contener viriones o no (dependiendo de la especie). Estas inclusiones se pueden observar mediante microscopía óptica en tiras de tejido vegetal infectado teñidas con naranja-verde (tinción de proteínas), pero no con azul de azur A (tinción de ácidos nucleicos). [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

Los métodos de detección modernos se basan principalmente en la PCR de transcripción inversa . [ 47 ]

Taxonomía

Potyvirus contiene las siguientes especies, listadas por su nombre científico abreviado y seguido del virus representativo de la especie: [ 2 ] [ 48 ]

Otros cuatro virus fueron clasificados previamente como especies de este género, pero fueron eliminados debido a la falta de información de secuencia genética: [ 49 ]

  • Virus de bandas de venas verdes del caupí
  • Virus de la mancha ocular del cacahuete
  • Virus Helenium Y
  • Virus del mosaico de Tropaeolum

Grupos de especies

Los potyvirus se dividieron aún más en los grupos de especies PVY, SCMV, BYMV y BCMV en 1992. Gibbs y Ohshima (2010) elaboraron una filogenia molecular más extensa con los mismos cuatro grupos, pero también con varios grupos nuevos: BtMV, ChVMV, DaMV, OYDV, PRSV, TEV y TuMV. [ 42 ]

PVY

Contiene 16 especies, incluido el virus Y de la papa. Los huéspedes principales son: nueve Solanáceas , tres Amaranthus , tres Asteráceas , un Lilium y un Amaryllis . [ 42 ]

Referencias

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  • Taxonomía UniProt: Potyvirus
  • Viralzone: Potyvirus
  • ICTV