Desarrollo de un modelo computacional para el estudio del procesamiento postraduccional de potyvirus

Abstract

El género Potyvirus incluye un amplio grupo de virus de plantas que afectan diversos cultivos de gramíneas y dicotiledóneas en Colombia y el mundo. Su especie tipo, el Potato virus Y (PVY), es uno de los principales virus de distribución global que afecta severamente diferentes plantas solanáceas de importancia económica como la papa y el tomate, lo que ha promovido el desarrollo de investigaciones en métodos de detección, manejo y comprensión de su ciclo infectivo. La secuenciación de nueva generación (NGS) ha permitido establecer estrategias para la identificación rápida de especies virales, aún en condiciones de bajo título viral, y que en conjunto con aplicaciones bioinformáticas, representan una herramienta fundamental para el apoyo de los estudios de detección asintomática, relaciones filogenéticas y biología de los virus. Sobre este último aspecto, se destacan los estudios dirigidos a la comprensión de los mecanismos de replicación y expresión de los genomas virales, específicamente en las etapas que involucran interacciones proteína-proteína, tales como el procesamiento postraduccional de las poliproteínas potyvirales. En este trabajo se presenta la caracterización molecular de aislamientos de PVY infectando plantas de Solanum tuberosum subsp. andigena var. Diacol-Capiro en las dos principales regiones cultivadoras de papa de Antioquia (Oriente y Norte), utilizando metodologías de biología molecular como RT-PCR, pruebas de ELISA, secuenciación Sanger y NGS. Dicha información fue posteriormente empleada para proponer un modelo cinético de maduración de la poliproteína de PVY, a partir de simulaciones por Dinámica Molecular y tomando como referencia la estructura cristalográfica de la proteasa NIa-Pro del potyvirus Tobacco etch virus (TEV). La ejecución del trabajo permitió obtener un panorama de los niveles de diversidad genómica y de incidencia de PVY en las principales regiones cultivadoras de papa en Antioquia. Adicionalmente, la aplicación del modelo desarrollado aporta nueva información básica sobre el procesamiento postraduccional de este virus, un aspecto fundamental de la biología de los potyvirus. Se espera que estos resultados en su conjunto, apoyen los programas de manejo integrado de las enfermedades causadas por PVY en papa y otros cultivos en el país.

Abstract: The genus Potyvirus comprises a large number of plant viruses that affect several gramineous and dicotyledonous crops worldwide. Potato virus Y (PVY), the type species of the genus, is one the most important viruses affecting solanaceous crops of economic importance around the world like potato and tomato. With the advent of Next-generation sequencing (NGS) technologies, it is now possible to quickly identify the presence of viruses infecting plants, even at low titers. In combination with bioinformatic analysis tools, NGS has become an important method for studying the basic biology of viruses, their evolutionary relationships and as a detection tool in asymptomatic plants. This work presents the molecular characterization of two PVY isolates infecting Solanum tuberosum subsp. andigena var. Diacol-Capiro in the two main potato-producing regions of Antioquia using RT-PCR, ELISA, Sanger sequencing and NGS. The genomic data was used to model the dynamic behaviour of the NIa-Pro protease in presence of each of its cognate cleavage sites and predict the maturation kinetics of each PVY isolate. This model was first tested using the X-ray structure of the NIa-Pro protein Tobacco etch virus (TEV) and validated using published experimental data. This investigation gives an overview on the genomic diversity and incidence levels of PVY in potato-producing regions of Antioquia. Upon experimental validation, the theoretical methods developed in this work could be used after NGS sequencing to make predictions on the infection cycle of potyviruses. The results presented here will be useful for integrated disease management programs against PVY in potato and other solanaceous crops.