Efecto de la proteína de cápside de Tobamovirus en la modulación de la inmunidad del huésped: mecanismo de acción

Abstract

Los virus fitopatógenos producen alteraciones en el metabolismo y la fisiología de sus hospedantes, que usualmente son la causa de los síntomas de las infecciones. Estos efectos explican, en parte, la reducción del rendimiento de cultivos de importancia agronómica. Los mecanismos subyacentes a estas alteraciones están relacionados con cambios en los patrones de expresión génica, por lo tanto, su comprensión global es importante para proponer estrategias antivirales efectivas o perfeccionar las utilizadas en la actualidad. En trabajos previos el grupo ha demostrado que la proteína de cápside (CP, del inglés) del virus del mosaico de tabaco (TMV, del inglés) modula negativamente la vía de defensa mediada por el ácido salicílico y esta regulación es a través de la estabilización de las proteínas DELLAs. A fin de ampliar el conocimiento de los mecanismos implicados, se ha identificado una red de genes de defensa modulados negativamente por la expresión de la proteína CP. Se detectó, a su vez, un subconjunto de genes corregulados conteniendo motivos de unión a los factores TGAs y WRKYs, inducidos por el factor Non-Expressor of PR 1 (NPR1). El análisis de los genes de la red mostró que su expresión aumenta tempranamente en infecciones con el virus TMV-cg, pero disminuye en tiempos tardíos. Además se observó que los factores NPR1 y TGA10 estarían implicados en la modulación negativa mediada por la CP. Con el objetivo de estudiar el efecto de la proteína CP en el movimiento sistémico viral se realizaron infecciones con un virus defectivo en CP (TMVΔCP), incapaz de moverse sistémicamente en plantas de Nicotiana benthamiana y Nicotiana tabacum. Fue posible observar TMVΔCP en tejidos distales diferentes al sitio de infección inicial, a través de distintas condiciones ensayadas: silenciamiento de genes de la red, expresión transiente de la CP y estabilización de las proteínas DELLAs. Estos resultados nos permiten proponer un modelo global de la interacción del virus TMV con la planta. A tiempos tardíos de infección, CP estabilizaría las proteínas DELLA, las cuales a través de la interacción con el factor TGA10 en una vía dependiente de NPR1, impedirían la activación de genes de defensa, conllevando finalmente, a que el virus se mueva sistémicamente. En conclusión, la función de CP de TMV es requerida para el movimiento sistémico del virus y, a su vez, dicho rol es llevado a cabo a través de la modulación negativa del sistema inmune de la planta. Adicionalmente, los resultados observados sugieren que dicho evento estaría dado en el egreso del virus desde el floema hacia el tejido parenquimático de los órganos sistémicos.

Viruses dynamically modulate host physiology to successfully replicate in their host, causing physiological disorders responsible for the symptoms, which represent the main limitations in agricultural production. The mechanisms underlying these alterations are related to changes in gene expression patterns, hence understanding how viruses modulate host gene expression, is of vital importance to propose effective antiviral strategies or to perfect those used currently. Our group has previously demonstrated that the capsid protein (CP) of the Tobacco Mosaic Virus (TMV) negatively modulates the defense pathway mediated by salicylic acid (SA), and this modulation is carried out through DELLA proteins stabilization. In order to broaden the knowledge of the involved mechanisms, a network of defense genes negatively modulated by the expression of the CP protein has been identified. In turn, a subset of co-regulated genes containing TGAs and WRKYs factors binding motifs, induced by NPR1 factor (NON-EXPRESSOR OF PR GENES 1) was detected. Analysis of the network genes showed that their expression increase in early TMV-Cg virus infection and decrease in late times. Moreover, it was observed that NPR1 and TGA10 factors would be involved in CP negative modulation. In order to study the CP protein effect on systemic viral movement, infections with a defective CP virus (TMVΔCP) were carried out. This virus is unable to move systemically in Nicotiana benthamiana and Nicotiana tabacum plants. TMVΔCP was able to move to systemic tissues under the different tested conditions: silencing of network genes, CP transient expression and DELLA proteins stabilization. These results allow us to propose a global model of plant-TMV virus interaction. At late infection times, CP would stabilize DELLA proteins, which, through the interaction with TGA10 factor in a NPR1-dependent pathway, prevent defense genes activation, leading to virus systemically movement. In conclusion, CP is required for TMV systemic movement and, this role is carried out through the negative modulation of the plant immune system. Additionally, these results suggest that the negative modulation would be necessary in the virus discharge from the phloem to the systemic tissues.