Caracterização biológica e molecular do complexo Potato virus Y (PVY) infectando plantas de batata de distintas regiões produtoras do Brasil

Abstract

A batata (Solanum tuberosum) é um dos alimentos mais consumidos no mundo, depois do arroz, trigo e milho. Sua produção pode ser afetada por fatores bióticos e abióticos, sendo que, em relação aos patógenos, os vírus se encontram entre os mais importantes causando rápida degenerescência dos tubérculos, após multiplicação em campo. O vírus Potato Vírus Y ( PVY) espécie-tipo do gênero Potyvirus tem sido o principal vírus da cultura nos últimos anos. O complexo PVY é formado por várias estirpes que atacam a batateira como: PVYO ( grupo comum), PVYN ( grupo necrótico) e PVYC , sendo essa última ainda não encontrado na Brasil. Ainda existe o sub-grupo necrótico, PVYN:O que causa necrose de nervura em fumo e pode ou não causar necrose em tubérculos de batata. Outro membro do subgrupo necrótico é o PVYNTN, que induz além de mosaico nas folhas, sintomas de anéis em tubérculos. Atualmente, o PVYNTN é o principal vírus ocorrendo em batateira no Brasil e em várias partes do mundo. No Brasil já foram relatados isolados apresentando características bio-sorologicas diferentes, porém, não há dados na literatura sobre suas características moleculares. Devido a esse desconhecimento da diversidade do complexo do PVY no Brasil, neste trabalho foram realizados estudos comparativos, biológicos e moleculares, entre duas estirpes classificadas como PVYN e PVYO e dois isolados do subgrupo necrótico PVYNTN. Esses isolados foram coletados em diferentes regiões produtoras do país sendo designados ITA (Itapetininga-SP), VGS (Vargem Grande do Sul-MG) OBR (região Centro-Oeste) e NBR (região Centro-Oeste). O primeiro passo realizado foi à purificação biológica dos isolados através de diluições seriadas do inóculo, sendo posteriormente, conduzido um estudo de avaliação dos sintomas em oito variedades de batata. Todos os isolados causaram sintomas de mosaico e deformação foliar nas plantas variando em sua intensidade. Em geral, o PVYO (isolado OBR) induziu necrose de nervuras e mosaico, o PVYN (NBR) encurtamento do pecíolo e leve deformação foliar e os isolados de PVYNTN (ITA e VGS) mosaico, deformação foliar e sintomas de anéis nos tubérculos. O isolado VGS, PVYNTN, induziu também sintomas de intensa deformação foliar (topo-crespo ou bouquet) nas variedades Canoinhas, Monalisa e Mondial. Já no estudo molecular foi realizado o sequenciamento de vários genes e regiões não-codantes dos isolados, sendo que o sequenciamento completo dos quatros isolados encontra-se em fase de conclusão. Os resultados das comparações de identidades de nucleotídeos das regiões genômicas seqüenciadas e dos grupamentos obtidos a partir das árvores filogenéticas produzidas, permitem concluir até o momento, que os isolados brasileiros apresentam relacionamento filogenético com isolados americanos e com isolados europeus. O compartilhamento de seqüências desses dois grupos geograficamente distintos pode estar relacionado à importação histórica de batata semente pelo Brasil de países dos dois continentes. Ficou evidente que os isolados do subgrupo PVYNTN possuem seu genoma constituído por uma mistura de segmentos genômicos com traços de PVYN e PVYO. Também foi observado que as regiões do genoma que formam a 5’UTR, 6K1, 6K2, CP e 3’ UTR parece não estarem correlacionadas com a expressão de sintomas. Por outro lado, as regiões VPg, NIa e NIb, podem ser responsáveis pela indução de sintomas de necrose em tubérculos de batata com maior frequência nos isolados PVYNTN, quando comparados com isolados do subgrupo PVYN:O . No entanto, a variabilidade encontrada indica a região P1 com maior potencial para ser empregada no estudo de expressão de sintomas. Porém, somente com a conclusão do sequenciamento completo do genoma dos isolados brasileiros, possibilitando a localização de eventos de seleção e possível recombinação nas proteínas virais e regiões reguladoras permitirá obtermos conclusões sobre a evolução do complexo PVY no país. Essas comparações poderão contribuir para e elucidação das diferenças entre isolados brasileiros e aqueles provenientes de outros países e para o entendimento dos fatores que levam o PVY a produzir variantes. O conhecimento da diversidade de isolados do complexo PVY no Brasil, sem dúvida contribuirá para o estudo epidemiológico dessa virose, assim como, para o estabelecimento de métodos de manejo das infecções virais por estirpes de PVY em condições de campo. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Potato (Solanum tuberosum) is one of the most consumed foods in the world, next to rice, wheat and maize. The production can be affected by biotic and abiotic factors. Viruses are one of most important pathogens because it can cause rapid degeneration of the tubers, after multiplication in the field. PVY has been the main virus species causing severe losses in potatoes in the last six years. The PVY strains infecting potato are: PVYO (ordinary group), PVYN(necrotic group) and PVYC, this last strain has not yet been found in Brazil. There is the sub-group necrotic, PVYN, which causes necrosis when inoculated in tobacco plants and may or may not cause necrosis in potato tubers. The other member of the subgroup is the necrotic PVYNTN, which induces mosaic on the leaves and necrotic ringspot in potato tubers. In Brazil PVYNTN was isolated presenting different biological and serological features, but no molecular characteristics has been published. Because of this lack study in the PVY complex in Brazil, this work carried out comparative studies, of molecular and biological characteristics, between two strains, a PVYN and a PVYO (denoted OBR - Center-West region) e NBR (denoted OBR also from Center-West region of Brazil) two isolates of the subgroup PVYNTN. Denoted ITA (Itapetininga-SP), VGS (Vargem Grande do Sul- MG). For the biological studies an assessment of symptoms in eight varieties of potatoes was made. All isolates caused symptoms of mosaic and leaf deformation on plants varying in its intensity. In general, the PVYO induced veinal necrosis and mosaic, the PVYN shortening of the leaf petiole and mild deformation and PVYNTN caused mosaic, leaf deformation and necrotic rings in the tubers. The VGS isolate PVYNTN, also induced symptoms of intense leaf deformation (bouquet) in the potato varieties Canoinhas, Monalisa and Mondial. In the molecular study the sequencing of several protein isolates was performed and the complete sequencing of four isolated is being completed. Based on the results obtained we can conclude so far, that the Brazilians isolates shared phylogenetic relationships with Americans and Europeans isolates, probably as a consequence of seed potato imports from these countries that allowed virus introduction in Brazilian potatoes fields. The genome of the isolates belonging to the subgroup of PVYNTN consists of a mixture of segments present in PVYN and PVYO genomes. We also observed that the protein regions 5'UTR, 6K1, 6K2, VPg, NIa, NIb, CP AND 3 'UTR are not correlated with the expression of symptoms, and that regions VPg, NIa and NIb, may be responsible for induction of symptoms of necrosis in potato tubers, more frequently in the isolate PVYNTN when compared with isolate from the subgroup PVYN. The region P1 seems to be a putative candidate to study the expression of symptoms. More will be needed to complete the sequencing of the genome of the PVY strains to determine the selection pressure for protein mutation and virus recombination and thereby determine their roles and understand their biological role in the field. The elucidation of biological and molecular characteristics of PVY variants can provide better strategies and establish methods of management of viral infection under field conditions.