Exploring RNA virus diversity in Metarhizium spp
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Data
2023-07-26
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
Viruses are ubiquitous acellular organisms since there is evidence of them hosting any living cell in all kingdoms. Mycoviruses are characterized by infecting fungi. The International Committee on Taxonomy of Virus (ICTV) recently recognized 29 families with representatives of mycoviruses. Most of these families have an RNA genome, and only one has a circular ssDNA genome. The non-retroviral RNA viruses are sorted into three Baltimore groups. Group III is characterized by having a dsRNA genome, while groups IV and V correspond to a ssRNA positive and negative sense, respectively. The unique hallmark gene in these three groups is RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). This protein is responsible for viral genome replication and is conserved in all groups. Moreover, mycovirus infection can change the host phenotype. Most of the time, these changes are related to modification of their host pathogenic trait. For example, hypovirulent-associated mycoviruses are characterized by reducing the aggressiveness of phytopathogenic fungi by slowing down their mycelial growth and sporulation rate, as well as downregulating pathogenic genes. On the other hand, hypervirulent-associated mycoviruses are characterized by promoting mycelial growth and sporulation rate and upregulating host pathogenic genes. Therefore, mycoviruses are a more eco-friendly alternative to pest-management strategies than the use of chemical compounds related to ecosystem harm. Hypovirulent-associated mycovirus can be used to control the incidence of phytopathogenic fungi, and hypervirulent-associated mycovirus can increase the efficacy of mycopesticides. Studies already demonstrate that hypervirulent-associated mycoviruses hosting entomopathogenic fungi (EPF) can increase their potential to control insect pests. This work used two approaches to identify novel mycoviruses infecting the EPF in the genus Metarhizium. The first strategy was carried out by the total nucleic acid extraction of a Metarhizium robertsii isolate SCJAN-21.11 followed by identifying and sequencing the dsRNA viral genome. As we know, we report the first case of a polymycovirus hosting a Metarhizium in Brazil. This polymycovirus has at least three dsRNA genome segments. Each segment encodes only one ORF representing the RdRp, a hypothetical protein, and a methyltransferase. The RdRp aminoacid phylogenetic analyses revealed that this mycovirus represents a new species, and we attempted to call it Polymycovirus mineiro. In the second strategy, we used a database with 77 viral family-level profile Hidden Markov Models (pHMM) to look for RdRp-like sequences in the public RNAseq data available on NCBI tagged as “Metarhizium.” The pHMM is a statistical model to identify sequence patterns. As a result, we could identify 42 virus-like sequences in approximately 20% of the analyzed data. In conclusion, this study helps elucidate the virosphere in Metarhizium genera and investigate the possibility of using mycovirus as a biocontrol agent. Keywords: Mycovirus; Biocontrol; Entomopathogenic fungi; Metarhizium
Os vírus são organismos acelulares, presentes em todos os ambientes, infectando organismos celulares. Os micovírus, são conhecidos como vírus que infectam fungos. Atualmente, o Comitê Internacional de Taxonomia de Virus (ICTV) reconhece 29 famílias com representantes de micovírus. A maioria dessas famílias tem um genoma de RNA, e apenas uma família é caracterizada contendo genoma ssDNA. A infecção por alguns micovírus tem a capacidade alterar o fenótipo do hospedeiro, e em grande parte das vezes essas modificações estão relacionadas com mudanças no perfil de agressividade do fungo hospedeiro. Por exemplo, alguns micovírus são caracterizados por causar hipovirulência em fungos fitopatogênicos, diminuem o crescimento micelial, a taxa de esporulação e regulam negativamente genes de patogenicidade. Entretanto, micovírus também são capazes de promover o fenótipo de hipervirulência no seu hospedeiro. Nesse caso, a infecção está relacionada com o aumento do crescimento micelial, taxa de esporulação, além de regular positivamente genes relacionados com a patogenicidade do fungo. Dessa forma, a identificação e caracterização de micovírus que induzem a hipovirulência é extremamente relevante, pois podem ser uma alternativa mais sustentável para o manejo de doenças do que o uso de compostos químicos associados a danos ao ecossistema. Por outro lado, micovírus associados com a hipervirulência do hospedeiro surgem como uma estratégia para aumentar a eficácia de micoinseticidas. Estudos demonstram que o aumento da patogenicidade causado pela infecção viral em fungos entomopatogênicos (EPF) auxilia no seu potencial de controle de pragas. Neste trabalho utilizamos duas abordagens para identificar novos micovírus infectando EPF do gênero Metarhizium. A primeira foi realizada por meio da identificação de perfis de dsRNA viral em uma coleção de isolados de Metarhizium robertsii, seguida da identificação e sequenciamento do genoma viral. Dessa forma, relatamos aqui o primeiro polymycovirus infectando um fungo do genero Metarhizium no Brasil. Este vírus tem ao menos três segmentos genomicos de dsRNA. Cada segmento possui apenas uma ORF, codificando a RdRp, uma proteína hipotética e uma metiltransferase. As análises filogenéticas da sequência de aminoácidos da RdRp revelaram que este micovírus representa uma nova espécie e sugerimos o nome Polymycovirus mineiro. Na segunda abordagem, analisamos um conjunto de 287 short read archive (SRA) disponíveis de forma pública no NCBI. Para isso, utilizamos um banco de dados com 77 profile Hidden Markov Models (pHMM) representando diferentes famílias virais com o objetivo de identificar sequências similares à RdRp. Com isso, identificamos um total de 42 sequências como putativas RNA polimerase viral em aproximadamente 20% dos dados analisados. Em conclusão, este estudo amplia nosso entendimento sobre a diversidade viral em fungos Metarhizium, bem como na possibilidade da aplicação de micovírus como ferramenta de biocontrole. Palavras-chave: Mycovirus; Biocontrole; Fungos entomopatogênicos; Metarhizium.
Os vírus são organismos acelulares, presentes em todos os ambientes, infectando organismos celulares. Os micovírus, são conhecidos como vírus que infectam fungos. Atualmente, o Comitê Internacional de Taxonomia de Virus (ICTV) reconhece 29 famílias com representantes de micovírus. A maioria dessas famílias tem um genoma de RNA, e apenas uma família é caracterizada contendo genoma ssDNA. A infecção por alguns micovírus tem a capacidade alterar o fenótipo do hospedeiro, e em grande parte das vezes essas modificações estão relacionadas com mudanças no perfil de agressividade do fungo hospedeiro. Por exemplo, alguns micovírus são caracterizados por causar hipovirulência em fungos fitopatogênicos, diminuem o crescimento micelial, a taxa de esporulação e regulam negativamente genes de patogenicidade. Entretanto, micovírus também são capazes de promover o fenótipo de hipervirulência no seu hospedeiro. Nesse caso, a infecção está relacionada com o aumento do crescimento micelial, taxa de esporulação, além de regular positivamente genes relacionados com a patogenicidade do fungo. Dessa forma, a identificação e caracterização de micovírus que induzem a hipovirulência é extremamente relevante, pois podem ser uma alternativa mais sustentável para o manejo de doenças do que o uso de compostos químicos associados a danos ao ecossistema. Por outro lado, micovírus associados com a hipervirulência do hospedeiro surgem como uma estratégia para aumentar a eficácia de micoinseticidas. Estudos demonstram que o aumento da patogenicidade causado pela infecção viral em fungos entomopatogênicos (EPF) auxilia no seu potencial de controle de pragas. Neste trabalho utilizamos duas abordagens para identificar novos micovírus infectando EPF do gênero Metarhizium. A primeira foi realizada por meio da identificação de perfis de dsRNA viral em uma coleção de isolados de Metarhizium robertsii, seguida da identificação e sequenciamento do genoma viral. Dessa forma, relatamos aqui o primeiro polymycovirus infectando um fungo do genero Metarhizium no Brasil. Este vírus tem ao menos três segmentos genomicos de dsRNA. Cada segmento possui apenas uma ORF, codificando a RdRp, uma proteína hipotética e uma metiltransferase. As análises filogenéticas da sequência de aminoácidos da RdRp revelaram que este micovírus representa uma nova espécie e sugerimos o nome Polymycovirus mineiro. Na segunda abordagem, analisamos um conjunto de 287 short read archive (SRA) disponíveis de forma pública no NCBI. Para isso, utilizamos um banco de dados com 77 profile Hidden Markov Models (pHMM) representando diferentes famílias virais com o objetivo de identificar sequências similares à RdRp. Com isso, identificamos um total de 42 sequências como putativas RNA polimerase viral em aproximadamente 20% dos dados analisados. Em conclusão, este estudo amplia nosso entendimento sobre a diversidade viral em fungos Metarhizium, bem como na possibilidade da aplicação de micovírus como ferramenta de biocontrole. Palavras-chave: Mycovirus; Biocontrole; Fungos entomopatogênicos; Metarhizium.
Descrição
Palavras-chave
Micovírus, Metarhizium, Vírus de RNA de cadeia dupla, Fungos entomopatogênicos, Pragas - Controle biológico
Citação
OLIVEIRA, Cauê Neves. Exploring RNA virus diversity in Metarhizium spp. 2023. 67 f. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2023.