Viral diversity and interconnected host associations in fungi and plants with agricultural relevance

Abstract

Mycoviruses, viruses that infect fungi, constitute a vast and largely unexplored component of the global viosphere. While they encompass diverse genome types, including double-stranded (dsRNA), single-stranded positive-sense (+ssRNA), negative-sense (-ssRNA), and single-stranded DNA (ssDNA), the majority are RNA viruses. Advances in high-throughput sequencing (HTS) have expanded our understanding of viral diversity, revealing an increasing number of novel viral sequences. This thesis investigates the diversity, ecology, and evolutionary dynamics of viruses associated with phytopathogenic fungi, and explores their relationship with plant-infecting viruses (phytoviruses). Using RNAHTS, the mycoviromes of Sclerotinia sclerotiorum and Hemileia vastatrix, as well as the virome of eucalyptus plants, were characterized, revealing high viral diversity of viruses within the fungal hosts, encompassing multiple families and diverse genomic configurations. Notably, viral sequences were also detected in the plant tissue, motivating an in-depth exploration of potential cross-kingdom associations. Complementary in silico analyses of fungal- and plant-associated viral metadata from the NCBI Virus database demonstrated that mycovirus diversity can be influenced by host ecology, with phytopathogenic fungi serving as a reservoir for plant virus-infecting viruses. Viral genera were found to be shared between fungi and plants, providing evidence for cross-kingdom viral occurrence. These findings suggest that intimate fungus-plant interactions, particularly in pathogenic contexts, act as ecological bridges that may facilitate viral host shifts and persistence across the kingdoms Fungi and Plantae. Altogether, this thesis highlights the ecological and evolutionary significance of fungal hosts as hubs of viral diversity and offers new insights into the interconnected nature of viral communities relevant to agriculture. Keywords: phytopathogen fungi; RNA-seq; virusesOs micovírus, vírus que infectam fungos, representam um vasto componente pouco explorado da virosfera. Embora possuam uma grande diversidade genômica, a maioria possui genomas compostos por moléculas de RNA. O avanço das tecnologias de sequenciamento de alto desempenho (HTS, do inglês High- Throughput Sequencing) tem ampliado o conhecimento sobre a diversidade viral, incluindo um grande aumento na quantidade de sequências virais novas descritas na literatura e em bancos de dados públicos. Nesta tese, investigamos a diversidade, a ecologia e a dinâmica evolutiva de vírus associados a fungos fitopatogênicos, buscando compreender suas relações com os vírus que infectam plantas (fitovírus). Por meio de RNAHTS, caracterizamos os micoviromas dos fungos Sclerotinia sclerotiorum e Hemileia vastatrix, bem como o viroma de plantas de eucalipto. A partir dos resultados, foi observada uma elevada diversidade viral nos hospedeiros fúngicos, com representantes de diversas famílias e variadas configurações genômicas. Curiosamente, sequências virais similares a micovírus também foram detectadas nos tecidos vegetais. Análises complementares in silico, realizadas com metadados de vírus de fungos e plantas obtidos do banco de dados NCBI Virus, indicaram que a diversidade de micovírus é influenciada pela ecologia do hospedeiro, e que certos gêneros virais são compartilhados entre fungos e plantas. Esses resultados sugerem que a interação íntima entre fungo e planta, especialmente em contextos de patogenicidade, pode atuar como uma ponte ecológica, facilitando a transmissão de vírus entre ambos os reinos. Em síntese, esta tese destaca a relevância ecológica e evolutiva dos fungos como hotspots de diversidade viral e traz novas perspectivas sobre as conexões entre comunidades virais com impacto direto na agricultura. Palavras-chave: fungos fitopatogênicos; RNA-seq; diversidade viral