Diversidade e estrutura genética de Begomovírus que infectam plantas daninhas no Nordeste brasileiro

A incidência e severidade de doenças causadas por begomovírus (família Geminiviridae) têm aumentado rapidamente em muitas áreas do mundo, incluindo o Brasil, onde são fatores limitantes à produção de feijão e tomateiro. Begomovírus são também associados a uma ampla gama de plantas daninhas e silvestres, as quais em alguns casos podem atuar como fonte de inóculo para plantas cultivadas. Acredita-se que begomovírus que infectam plantas daninhas podem ser transferidos horizontalmente para plantas cultivadas, e que no novo hospedeiro eles podem evoluir rapidamente por meio de recombinação e pseudo recombinação, dando origem a novas espécies. Atuando como reservatórios, estas plantas podem desempenhar um importante papel nas epidemias virais em várias culturas. O estudo de epidemias de vírus de plantas é grandemente facilitado quando uma abordagem baseada em genética de populações é empregada. O primeiro passo para estudar populações virais é definir sua estrutura genética, o que se refere ao seu grau de variabilidade genética. O conhecimento da dinâmica da variabilidade genética é essencial para entender o potencial das populações para evoluir, o que afeta diretamente a durabilidade de estratégias de manejo da doença baseadas na resistência do hospedeiro. Estudos para entender a estrutura genética e dinâmica de populações de begomovírus em plantas daninhas e possíveis efeitos sobre epidemias em espécies cultivadas são escassos. Dessa forma, o objetivo desse estudo foi determinar a diversidade e estrutura genética de begomovírus que infectam plantas daninhas no Nordeste do Brasil, como passo para avaliar seu papel como reservatório de begomovírus. Plantas daninhas pertencentes às famílias Fabaceae e Capparaceae com sintomas típicos de infecção por begomovírus foram coletadas nos estados de Alagoas (AL), Bahia (BA), Paraíba (PB), Pernambuco (PE) e Sergipe (SE) de maio de 2005 a julho de 2010. Um total de 59 amostras de fabáceas, incluindo 42 amostras de Macroptilium spp., e 23 amostras de Cleome affinis (fam. Capparaceae) foram coletadas. DNA total foi extraído a partir das amostras e genomas completos dos begomovírus foram amplificados e clonados por amplificação por círculo rolante. Os clones foram completamente sequenciados e as sequências foram usadas para comparações com begomovírus previamente descritos, para análise filogenética e para determinação da estrutura genética das populações virais. Comparações de sequências indicaram a presença de seis begomovírus em fabáceas (cinco em Macroptilium spp.), incluindo quatro representando novas espécies. As características das sequências indicam que todas as novas espécies são begomovírus bissegmentados típicos do Novo Mundo que agruparam com begomovírus brasileiros na árvore filogenética. Em contraste, apenas uma espécie de begomovírus foi encontrada infectando plantas de Cleome affinis, sugerindo um baixo grau de diversidade de espécies nessa hospedeira. Filogenia reticulada foi usada para detectar possíveis eventos de recombinação nas populações begomovírus em fabáceas e em C. affinis. Esses prováveis eventos de recombinação foram confirmados por análise no programa RDP3. Foram detectados eventos de recombinação ocorrendo naturalmente nas populações de Macroptilium yellow spot virus (MaYSV) e Cleome leaf crumple virus (ClLCrV). A análise da estrutura genética das populações de MaYSV e ClLCrV indica um alto grau de variabilidade genética em ambos os casos. Mutação e recombinação são importantes processos envolvidos na alta variabilidade genética encontrada nas populações desses vírus. Em conjunto, os resulThe incidence and severity of diseases caused by begomoviruses has increase rapidly in many areas of the world, including Brazil, where they are limiting factors to tomato and common bean production. Begomoviruses are also associated with a wide range of weed plants which in some cases act as inoculum sources for cultivated plants. It is believed that begomoviruses infecting weed hosts can be horizontally transferred to crop plants and that in the new host they will rapidly evolve by recombination and pseudorecombination, giving rise to novel species. Acting as reservoirs these plants can play a relevant role in viral epidemics in several crops species. The study of plant virus epidemics is greatly facilitated when a population genetics approach is employed. The first step to study viral population is to define their genetic structure, which refers to their degree of variability. Knowledge of the dynamics of genetic variability is essential to understand the potential of the population to evolve, which directly affects the durability of disease management strategies based on the deployment of resistance genes. Studies to understand the genetic structure and dynamics of begomovirus populations in wild reservoirs and the possible effects on epidemics in crop species are scarce. Thus, the aim of this study was to determine the species diversity and population genetic structure of begomoviruses infecting weeds in Northeastern Brazil, as a step towards assessing their role as begomovirus reservoirs. Weed samples belonging to the family Fabaceae and Capparaceae displaying typical symptoms of begomovirus infection were collected in Alagoas (AL), Bahia (BA), Paraíba (PB), Pernambuco (PE) and Sergipe (SE) states from May/2005 to July/2010. A total of 59 leguminous weeds including 42 samples of Macroptilium spp. and 23 samples of Cleome affinis (fam. Caparaceae) were collected. Total DNA was extracted from the samples and full-length begomovirus genomes were amplified and cloned by rolling circle amplification. Clones were completely sequenced and the sequences were used for comparisons with previously described begomoviruses, for phylogenetic analysis and for the determination of the genetic structure of viral populations. Sequence comparisons indicated the presence of six begomoviruses in leguminous weeds (five in Macroptilium spp.), four of them representing novel species. Sequence features indicate that all four novel species are typical New World, bipartite begomoviruses which clustered with Brazilian begomoviruses in the phylogenetic tree. In contrast, only one begomovirus was found infecting C. affinis, suggesting low species diversity in this host phylogenetic reticulate analysis was used to detected possible recombination events in begomovirus populations in leguminous weeds and C. affinis. Putative recombination events were confirmed by RDP3 package analysis. We detected recombination events in Macroptilium yellow spot virus (MaYSV) and Cleome leaf crumple virus (ClLCrV) populations. Analysis of the genetic structure of these virus populations indicates a high degree of genetic variability in both cases. Mutation and recombination are important processes involved in the high genetic variability found in MaYSV and ClLCrV populations. Together, these results suggest that Macroptilium spp. and Cleome affinis can be important begomovirus reservoirs.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPE