Μοριακός χαρακτηρισμός ιών του γένους Polerovirus

Abstract

Viruses of the genus Polerovirus are serious pathogens of economically important crops causing severe yield losses. Although some species such as BWYV, CtRLV and PLRV are amongst the first plant viruses characterized worldwide, a rapid increase in poleroviral species has been observed in the last decade. New poleroviral species have been correlated with diseases in “traditional” hosts such as pepper and cucurbits as well as in plant species like cassava and strawberry not known to be hosts of members of the genus. In Greece, studies on poleroviruses are very limited, whereas their association with specific crop diseases and the epidemiology of the virus(es) involved remains largely unknown. The purpose of this thesis was to identify viruses of the genus Polerovirus and their disease complexes with umbraviruses and aRNAs in Greece, to molecular characterize them and to study their phylogenetic relationships. The survey conducted during this study showed the significant presence of poleroviruses in Greece in plant species belonging in different families. However, the incidence of the disease complexes was very low and they were mostly found in species of the family Apiaceae. The variability observed in the polerovirus generic detection RT-PCR amplicon suggested that some isolates were in fact new viral species, which was later on confirmed by their molecular characterization. Two poleroviral phylogenetic groups were selected for further study. The first group includes the virus related to pepper yellowing disease (PYD) and the second one the species involved in carrot motley dwarf disease (CMD). These viral isolates were fully sequenced using the NGS technology, and the results indicated that in Greece three new poleroviral species are associated with CMD and PYD. Furthermore, in order to study the interactions between the viruses involved in the CMD complex, three infectious clones capable to infect different plant species were constructed. However, it was not possible to find an appropriate host in order to study the disease and the interactions between the viruses. This study also revealed the high variability of the poleroviruses, as 10 new viral species were identified. Moreover, one of their most profound characteristic of these viruses is the fact that different viral species can cause the same disease in a host. This fact has a direct impact in epidemiological studies since these viruses can form groups including either closely related viral species or species with different phylogenetic origin. These viruses have different biological properties, thus the disease development is directly correlated to the structure of this viral group, in which it is highly likely that other, yet unidentified, species are also involved.

Οι ιοί του γένους Polerovirus αποτελούν, αδιαμφισβήτητα, σοβαρά παθογόνα οικονομικώς σημαντικών καλλιεργειών, καθώς η μόλυνση από ιούς του γένους προκαλεί σημαντικές απώλειες στην παραγωγή. Ορισμένοι, όπως οι BWYV, CtRLV και PLRV, αποτελούν από τους πρώτους φυτικούς ιούς που χαρακτηρίσθηκαν παγκοσμίως, ενώ τα τελευταία χρόνια ο αριθμός των ειδών του γένους Polerovirus εμφανίζει μια ραγδαία αύξηση. Νέα είδη του γένους έχουν πλέον συσχετιστεί με ασθένειες τόσο σε «κλασικούς» ξενιστές, όπως η πιπεριά και τα κολοκυνθοειδή, όσο και σε φυτά τα οποία δεν είχαν αναφερθεί προηγουμένως ως ξενιστές ιών του γένους, όπως η κασάβα και η φράουλα. Στην Ελλάδα η παρουσία και η επιδημιολογία των polero-ιών έχει ελάχιστα μελετηθεί. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν ο προσδιορισμός των ιών του γένους Polerovirus και των συμπλεγμάτων που σχηματίζουν αυτοί με ιούς του γένους Umbravirus και τα aRNA στην Ελλάδα, ο μοριακός χαρακτηρισμός τους και η μελέτη των φυλογενετικών τους σχέσεων. Η επισκόπηση που πραγματοποιήθηκε έδειξε την σημαντική παρουσία των polero-ιών σε φυτικά είδη που ανήκουν σε διαφορετικές οικογένειες. Αντιθέτως, η παρουσία των συμπλεγμάτων ήταν μικρή και αφορούσε κυρίως τα φυτά της οικογένειας Apiaceae. Η παραλλακτικότητα που εμφάνισαν ορισμένες απομονώσεις στο τμήμα που ενισχύει η μέθοδος γενικής ανίχνευσης polero-ιών υπέδειξε την παρουσία νέων ειδών, η οποία επιβεβαιώθηκε με τον περαιτέρω μοριακό χαρακτηρισμό τους. Από τις φυλογενετικές ομάδες που δημιουργήθηκαν επιλέχθηκαν δυο για περαιτέρω μελέτη. Η πρώτη περιλαμβάνει τον ιό που εμπλέκεται με την ασθένεια του ίκτερου της πιπεριάς (PYD), ενώ η δεύτερη με αυτούς που σχετίζονται με το κοκκίνισμα/ποικιλόχρωση των σκιαδανθών (CMD). Απομονώσεις των ιών αυτών αλληλουχήθηκαν πλήρως με NGS και τα αποτελέσματα έδειξαν την ύπαρξη τριών νέων ειδών του γένους Polerovirus που σχετίζονται με τις ασθένειες CMD και PYD στην Ελλάδα. Στη συνέχεια, για να μελετηθούν οι αλληλεπιδράσεις των ιών της CMD, κατασκευάστηκαν τρεις μολυσματικοί κλώνοι, οι οποίοι είναι ικανοί να μολύνουν διάφορα φυτικά είδη, χωρίς όμως να βρεθεί ένας ξενιστής που να είναι κατάλληλος για την μελέτη της ασθένειας και των αλληλεπιδράσεων των ιών. Συνολικά η μελέτη αυτή έδειξε την υψηλή παραλλακτικότητα που υπάρχει στους polero-ιούς καθώς ταυτοποιήθηκαν 10 νέα ιικά είδη. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι διαφορετικοί polero-ιοί σχετίζονται με την ίδια ασθένεια (συμπτωματολογική εικόνα) σε έναν ξενιστή. Το γεγονός αυτό έχει άμεση επίπτωση στη μελέτη της επιδημιολογίας τους, καθώς οι ομάδες αυτές μπορεί να αποτελούνται είτε από συγγενικούς ιούς, είτε από φυλογενετικά απομακρυσμένα είδη. Ως εκ τούτου τα βιολογικά χαρακτηριστικά των ιών αυτών διαφέρουν, γεγονός που επηρεάζει την εξέλιξη της ασθένειας που προκαλούν, ανάλογα με την σύσταση της ιικής ομάδας, στην οποία είναι πολύ πιθανό να συμμετέχουν αρκετά ακόμα άγνωστα είδη polero-ιών.