Diversity of begomoviruses in tomato plants cultivated in the north-east part of Brazil

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia, 2014.O tomateiro (Solanum lycopersicum) é uma cultura de grande importância econômica, em todo o mundo, incluindo o Brasil. O cultivo é realizado em todo o Brasil, mas sua produção está concentrada nos estados da região centro-sul, sendo Goiás o maior estado produtor, tanto em área quanto em volume de produção. Apesar da importância da região centro-sul para a tomaticultura, a região Nordeste possui uma expressiva área de cultivo, todavia esta região apresenta uma baixa produtividade. Dentre os problemas fitossanitários que atingem o tomateiro podem-se citar doenças causadas por fungos, bactérias, nematoides e vírus, as viroses mais importantes estão o complexo de espécies do gênero Tospovirus que causam o vira-cabeça do tomateiro, o mosaico do tomateiro causado pelo Tomato mosaic virus, os potyvírus Potato virus Y e Pepper yellow mosaic virus, o crinivírus Tomato chlorosis virus e o mosaico dourado do tomateiro, causado por várias espécies do gênero Begomovirus. Esses vírus são transmitidos por aleirodídeos (moscas-brancas) e causam a doença mais séria do tomateiro na atualidade. Os vírus do gênero Begomovirus são caracterizados por partícula icosaédrica geminada e possuir DNA circular de fita simples. O seu genoma é constituído de apenas um componente (monopartido) ou dois componentes conhecidos como DNA-A e DNA-B (bipartido). A identificação do vírus é baseada na análise e comparação do genoma do DNA-A dos isolados. As espécies de begomovírus apresentam uma distribuição geográfica bem definida, em geral, os monopartidos são encontrados no Velho Mundo e os bipartidos são encontrados no Novo Mundo. No Brasil foram relatadas onze espécies de begomovírus infectando tomateiro, além delas existem mais, pelo menos, seis espécies ainda em processo de caracterização. As espécies de begomovírus em tomateiros relatadas no Brasil são encontradas apenas no país e todas são bipartidas. Dentro do Brasil, há uma aparente distribuição diferenciada de espécies. Sabe-se que o Tomato severe rugose virus (ToSRV) é predominante na região centro-sul, por outro lado o Tomato mottle leaf curl virus (TMoLCV) parece ser predominante na região Nordeste. O estudo de diversidade e distribuição dos begomovírus ainda é deficiente para a região nordeste brasileira. O controle de vírus é complexo, mas técnicas de prevenção da entrada dos vírus no campo são altamente eficientes. Contudo, uma vez que, o vírus estão instalados na lavoura, a única forma de acabar com a infecção viral é através da eliminação das plantas, técnica essa, muitas vezes inviável para o produtor. A resistência sistêmica adquirida induzida por produtos químicos é uma realidade no combate a infecções por fungos e bactérias, entretanto o efeito desses produtos na prevenção de infecções virais é pouco conhecido. Baseado nessas demandas de pesquisa, os objetivos desse trabalho foram avaliar a diversidade de espécies de begomovírus em tomateiros, a partir de amostras coletadas entre os anos de 2009 e 2011 em diversos estados da região Nordeste do Brasil e norte de Minas Gerais, realizar a caracterização molecular das espécies encontradas e avaliar o efeito de oito produtos comercializados como indutores de resistência às infecções causadas pelos vírus das espécies: Tomato mosaic virus (ToMV) e Tomato sppoted wilt virus (TSWV). Um total de 28 amostras foram avaliadas dos estados de Pernambuco, Bahia, Ceará e Minas Gerais. A primeira análise constituiu na comparação do padrão de restrição de produtos amplificados por círculo rolante (específicos para DNA circular). Por meio dessa análise, dez padrões distintos foram identificados e dezesseis amostras selecionadas para a clonagem do genoma viral. Vinte e dois clones de DNA-A foram obtidos, todos de Tomato mottle leaf curl virus. Na análise filogenética os vírus foram separados em dois grupos, um formado por isolados provenientes dos estados da Bahia e Pernambuco e outro composto por isolados coletados no Ceará, o isolado coletado em Minas Gerais, se agrupou junto com os isolados da Bahia e Pernambuco. Conclui-se, portanto, que Tomato mottle leaf curl virus ainda predomina nos estados localizados na região da caatinga brasileira. Como resultado da avaliação do efeito de indutores de resistência, verificou-se que nenhum dos oito produtos comercializados apresentou efeito de redução de taxa de infecção, retardamento de aparecimento de sintomas ou diminuição da severidade de sintomas após a inoculação mecânica com os vírus ToMV e TSWV. Concluiu-se que, para as condições avaliadas no ensaio, o uso desses produtos não é recomendado para o manejo de vírus como ToMV e TSWV. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTTomato plants are one of the most important crop in the world and in Brazil. The cultivation is done throughout the country, but its production is concentrated in the states of the south-central regions. Prominent among those is Goiás the largest tomato producing state, on both cultivated area and in raw production. Despite the importance of the south-central region for tomatoes production, the North-East region has also a significant growing area, but a low yield. Among the phytosanitary issues that affect tomatoes, it is listed those caused by fungi, bacteria, nematodes and viruses. Within, the most important viruses there are the species complex of the Tospovirus genus that cause the tomato spotted wilt disease, the tomato mosaic caused by Tomato mosaic virus, the potyviruses Potato virus Y e Pepper yellow mosaic virus, the crinivirus Tomato chlorosis virus and the tomato golden mosaic disease, caused by several species of the genus Begomovirus. These viruses are transmitted by whiteflies and are the source of some of the most serious disease of tomatoes today. The viruses of the Begomovirus genus are characterized by icosahedral twinned particles and possess a single stranded DNA. Its genome consists of only one component (monopartite) or two components known as DNA-A and DNA-B (bipartite). The identification of the viruses is based on the analysis and comparison of DNA-A genome of the isolates. The begomoviruses species have a distinct geographic distribution, in general, the monopartites are found in the Old World and the bipartites are found in the New World. In Brazil eleven begomovirus species infecting tomatoes plants were reported and from those there are at least six species still in the characterization process. The begomovirus species in tomato plants reported in Brazil are found only in Brazil and all of them are bipartites. Within Brazil, there is an apparent species differential distribution. It is known that the Tomato severe rugose virus (ToSRV) is prevalent in south-central region, on the other hand the Tomato mottle leaf curl virus (TMoLCV) seems to be prevalent in North-East region. The diversity study and distribution of begomoviruses is poorly done for the Brazilian North-East region isolates. The viruses control is complex, but prevention techniques of viruses entering in the field are highly efficient. However, once the viruses are established in the field, the only way to stop the viral infection is through the roguing technique that is often impractical for the grower. The systemic acquired resistance induced by chemical products is a reality in the fight against fungi and bacteria, however, the effect of these products in the prevention of viral infections is poorly understood. Based on these research demands, the objective of this study was to evaluate the species diversity of the begomoviruses in tomatoes plant, from samples collected from 2009 to 2011 in various states of the North-East region of Brazil and northern Minas Gerais, and to perform molecular characterization of the found species. Also evaluate of the effect of eight products sold as resistance inducers to viral infection: Tomato mosaic virus (ToMV) and Tomato spotted wilt virus (TSWV). A total of twenty eight samples were evaluated from the states of Pernambuco, Bahia, Ceará and Minas Gerais. The first analysis consisted of the comparison of the restriction profile of the amplified products by rolling circle (specific to circle DNA). From this analysis, ten distinct restriction profiles were identified and sixteen samples were selected for cloning of viral genome. Twenty two DNA-A clones were obtained, all of them of the Tomato mottle leaf curl virus. In the phylogenetic analysis the isolates were separated into two groups, one comprising isolates from Bahia and Pernambuco states and another composed by isolates collected in Ceará state, the isolated from Minas Gerais was grouped together with Bahia and Pernambuco isolates. Therefore, it is concluded that Tomato mottle leaf curl virus still prevails in states located in Brazilian caatinga region. As a result of the evaluating the effect of resistance inducers, it was found that none of the eight market products was effective in reducing the infection rate, delay to the onset of symptoms or decrease in severity symptoms after mechanical inoculation with the viruses ToMV and TSWV. It was concluded that to the conditions assessed in the trial, the use of these products is not recommended for the management of viruses as ToMV and TSWV