Begomoviruses in non-cultivated plants: characterization and genetic variability

Abstract

Viruses in the genus Begomovirus (family Geminiviridae) are characterized by geminate particles and a single-stranded, circular DNA genome (ssDNA), which can be mono- or bipartite. These viruses are transmitted by whiteflies of the Bemisia tabaci species complex and often cause significant economic losses in agricultural crops. Many begomoviruses are indigenous to Brazil and infect non-cultivated plants. Evidence indicates that some of these viruses have spilled-over and adapted to cultivated plants. Thus, the study of begomoviruses in the natural environment is important to understand the factors that favour spillover and the emergence of viruses in crops. The first aim of this study was to characterize the isolate GS-20 of bean bushy stunt virus (Begomovirus phaseoliretorridi, BBSV) found in Neustanthus phaseoloides (tropical kudzu) in Brazil. The isolate was classified as a new strain of BBSV. Unusual for begomoviruses, the CP gene was the most diverse compared to other genes. A recombination event was detected between BBSV and soybean chlorotic spot virus (SoCSV). The isolate was unable to infect soybean but showed a low infection rate in two common bean cultivars. The second aim of this study was to characterize the genetic structure and variability of Blainvillea yellow spot virus (B. blainvilleae, BlYSV), a virus with a restricted host range but high genetic variability. Twenty-three DNA-A clones of BlYSV were obtained from samples collected in the states of Minas Gerais, Rio Grande do Norte, and Alagoas. Four variants (A-D), with genetic identity over 96%, were identified, with variant A classified as a distinct strain. Five recombination events were detected among the isolates. The relative distribution of variants in Viçosa and Coimbra in 2022-2023 was markedly different from 2010- 2014. A correlation was observed between the year of collection and the root-to-tip distance in the phylogenetic tree. Variant A showed lower nucleotide diversity compared to the other variants, and four isolates from this variant had a substitution (A2667G) within the nonanucleotide motif at the origin of replication (from 5'- TAATATTAC-3' to 5'-TAATGTTAC-3'). Despite strong negative selection, two variants showed positive selection in the AC4 gene.Keywords: geminivirus; begomovirus phaseoliretorridi; begomovirus blainvilleae; virus evolution; population structure.Os vírus classificados no gênero Begomovirus (família Geminiviridae) são caracterizados por possuírem partículas geminadas e um genoma de DNA de fita simples circular (ssDNA), que pode ser mono- ou bipartido. Esses vírus são transmitidos por moscas-brancas do complexo de espécies Bemisia tabaci, e frequentemente causam perdas econômicas significativas em culturas agrícolas. Evidências sugerem que diversos begomovírus são nativos do Brasil, infectando plantas não cultivadas, e que alguns desses vírus passaram por eventos de spillover e se adaptaram a plantas cultivadas. O primeiro objetivo deste trabalho foi caracterizar o isolado GS-20 do bean bushy stunt virus (Begomovirus phaseoliretorridi, BBSV), encontrado na planta não-cultivada Neustanthus phaseoloides. O isolado GS-20 foi classificado como uma nova estirpe do BBSV. O gene CP apresentou a maior diversidade em relação aos outros genes. Um evento de recombinação foi detectado entre o BBSV e o soybean chlorotic spot virus (SoCSV). O isolado não foi capaz de infectar soja, mas apresentou uma baixa taxa de infecção em duas cultivares de feijão comum. O segundo objetivo deste estudo foi caracterizar a estrutura e variabilidade genética do Blainvillea yellow spot virus (B. blainvilleae, BlYSV), um vírus com uma gama de hospedeiros restrita, mas com alta variabilidade genética. Foram obtidos 23 clones do DNA-A do BlYSV a partir de amostras coletadas nos estados de Minas Gerais, Rio Grande do Norte e Alagoas. Quatro variantes (A-D), com identidade genética superior a 96%, foram identificadas. A variante A foi classificada como uma estirpe distinta. Foram detectados cinco eventos de recombinação. A distribuição das variantes em Viçosa e Coimbra em 2022-2023 foi significativamente diferente de 2010-2014. Observou-se também uma correlação entre o ano de coleta dos isolados e a distância da ponta até a raiz da árvore filogenética. A variante A apresentou menor diversidade nucleotídica em comparação às outras variantes, e quatro isolados dessa variante apresentaram uma substituição (A2667G) dentro do nonanucleotídeo localizado na origem de replicação (de 5'-TAATATTAC-3' para 5'-TAATGTTAC-3'). Embora sob forte seleção negativa, duas variantes possuem o gene AC4 sob seleção positiva. Palavras-chave: geminivirus; blainvilleae; evolução viral; begomovirus phaseoliretorridi; estrutura de população begomovirus.