Caracterização biológica, molecular e análise da variabilidade genética de Cowpea mild mottle virus (CPMMV) em soja no Brasil

Abstract

A partir do ano 2000 plantas de soja nos campos dos estados da Bahia, Goiás, Maranhão, Mato Grosso, Minas Gerais, Paraná e Tocantins foram descritasapresentando sintomas da doença da necrose da haste da soja. Os sintomas eram variados, alguns mais suaves outros mais severos. A doença foi associada ao Cowpea mild mottle virus (CPMMV, família Betaflexiviridae, gênero Carlavirus). Nesse estudo foi proposta a realização da caracterização biológica, molecular e análise da variabilidade genética de isolados de CPMMV, causando sintomas da necrose da haste em soja nos campos de diferentes estados produtores do Brasil. O estudo foi realizado com amostras coletadas nos estados da Bahia, Goiás, Maranhão, Mato Grosso, Minas Gerais e Pará. Os isolados causaram uma variedade de sintomas em soja cv. CD206, isolados brandos e severos foram observados. O genoma completo de 6 isolados foi sequenciado e adicionalmente a sequencia parcial de outros 12 isolados foi também determinada (ORF2-3 terminal). Nenhum isolado brasileiro de CPMMV, independente do hospedeiro, havia sido totalmente sequenciado até esse trabalho. As caracterizações biológica e molecular mostraram que os seis isolados brasileiros, cujos genomas foram completamente determinados, pertencem a uma nova estirpe de CPMMV, distinta daquela à qual pertence o único isolado de CPMMV previamente sequenciado, oriundo de Gana na Àfrica. A ORF1 (RdRp) desses seis isolados brasileiros apresentou valores de identidade de sequencia (60- 61% para nt e 58-69% para aa), inferiores ao estabelecido pelo Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV), quando foram comparados com o isolado Gana de CPMMV. A ORF5 (CP), no entanto, apresentou valores de identidade (79% para nt e 95-96% para aa) superiores ao estabelecido pelo ICTV quando foram comparados com o isolado Gana. Ambas as proteínas são utilizadas para classificar isolados do gênero Carlavirus em uma mesma espécie. As comparações par-a-par e análises filogenéticas mostraram que os isolados brasileiros são altamente relacionados entre si e distintos de isolados de outras espécies do gênero Carlavirus. As árvores filogenéticas construídas com as sequencias parciais dos genomas não mostraram agrupamentos com base em região geográfica ou ano de coleta, porém agrupamentos com base nos sintomas foram observados para as árvores construídas com a sequência parcial (ORF2-3 terminal), ORF2 (TGB1), ORF5 (CP) e ORF6 (NABP). Além do relacionamento entre os isolados de CPMMV, foi demonstrado através do sequenciamento parcial, que existem variações entre os isolados brasileiros. Evidencias de duas possíveis estirpes de CPMMV no Brasil foram encontradas, com variações moleculares e biológicas entre os isolados de ambas as estirpes. Eventos de recombinação foram identificados ao longo do genoma dos isolados, e eles ocorreram principalmente na ORF1, região da polimerase, e com menor frequência em outras regiões genoma. Com esse trabalho foi verificado que o critério taxonômico, que define as espécies do gênero Carlavirus, pode ser falho em casos em que apenas a sequencia parcial é determinada, se apenas a ORF1 tivesse sido determinada durante o estudo poderíamos propor que os nossos isolados pertencem à uma nova espécie do gênero Carlavirus. Além disso, ficou clara a necessidade de se determinar a ocorrência de transmissão por semente dos isolados de CPMMV brasileiros, pois a transmissão por sementes e/ou a alta capacidade de dispersão e voo da mosca branca Bemisia tabaci podem ter contribuído para a dispersão do vírus nos diferentes estados produtores de soja. Esses fatos justificam o não agrupamento dos isolados com base em região geográfica ou ano de coleta.

Since 2000, field soybean plants in the states of Bahia, Goiás, Maranhão, Mato Grosso, Minas Gerais, Paraná and Tocantins have been described with symptoms of soybean stem necrosis disease. The symptoms are varied, some milder other severe. The disease has been associated with Cowpea mild mottle virus (CPMMV, family Betaflexiviridae, genus Carlavirus). This study is aimed at the biological characterization and molecular and genetic analyses of genetic variability of isolates of CPMMV that cause symptoms of stem necrosis in soybean fields of different producing Brazil states. The study was conducted with samples collected in the states of Bahia, Goiás, Maranhão, Mato Grosso, Minas Gerais and Pará. The isolates caused a variety of symptoms in soybean cv. CD206, and mild and severe isolates were observed. The complete genomes of six isolates were sequenced and additionally the partial sequence of another 12 isolates was also determined (ORF2- 3'end). No Brazilian CPMMV isolate, from any host, had been entirely sequenced until now. Biological and molecular characterization showed that the six Brazilian isolates, whose genomes have been completely determined, belong to a new CPMMV strain distinct from that which belongs to the only isolated CPMMV previously sequenced from Ghana in Africa. The ORF1 (RdRp) of these six Brazilian isolates showed values of sequence identity (60-61% to 58-69% for nt and aa), less than that set by the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), when they were compared with a Ghanaian CPMMV isolate. ORF5 (CP), however, showed identity values (79% to 95-96% for nt and aa) greater than those established by the ICTV when they were compared with the Ghanaian isolate. Both proteins are used to classify isolates of the genus Carlavirus in the same species. Pairwise comparisons and phylogenetic analysis showed that Brazilian isolates are highly related to each other and distinct from isolates of other species of the genus Carlavirus. The phylogenetic trees constructed with partial sequences of the genomes did not show groupings based on geographic region or collection year, but groupings based on symptoms were observed for trees constructed with partial sequences (ORF2-3'end), ORF2 (TGB1), ORF5 (CP) and ORF6 (NABP). Besides the relationship between isolates CPMMV demonstrated by partial sequencing, there are variations between the Brazilian isolates. Evidence of two possible CPMMV strains were found in Brazil with biological and molecular variations between isolates of both strains. Recombination events were identified in genome of the isolates, and they occurred mainly in the ORF1 region of the polymerase, less frequently in other regions of the genome. With this study it was found that the taxonomic criteria, which define the genus Carlavirus may fail in cases where only a partial sequence is determined: if only the ORF1 had been determined during the study we could propose that our isolates belong to a new species of the genus Carlavirus. In addition, there is clearly the need to determine the occurrence of seed transmission in Brazilian CPMMV isolates, since the transmission by seed and/or whitefly Bemisia tabaci, with high dispersibility may have contributed to the spread of the virus in different soybean producing states. These facts justify the nongrouping of isolates based on geographic region or collection year.