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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/38503
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Title: Viroma de plantas em áreas nativas e cultivadas do Distrito Federal
Authors: Batista, Josiane Goulart
Orientador(es):: Carvalho, Rita de Cássia Pereira
Assunto:: Bioma Cerrado
Cerrados
Cerrados - aspectos ambientais
Vegetação
Desmatamento - Cerrados
Microbiota
Produtividade agrícola
Vírus de plantas
Viroma
Citation: BATISTA, Josiane Goulart. Viroma de plantas em áreas nativas e cultivadas do Distrito Federal. 2020. 154 f., il. Tese (Doutorado em Fitopatologia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Abstract: O Brasil possui grande parte do seu território ocupado por vegetação nativa e áreas plantadas com espécies florestais. Nos últimos anos, a ação antrópica caracterizada pela expansão da agricultura e pecuária alteraram esse cenário de maneira significativa. A introdução de práticas que modificam o uso da terra pode influenciar na microbiota presente em ambientes naturais, de transição e agrícola. A região central do Brasil, predominantemente inserida no bioma Cerrado, é um polo de produção agrícola, onde as muitas áreas nativas foram substituídas por culturas extensivas. Pouco ainda se sabe sobre a diversidade viral presente nas espécies arbóreas nativas desse bioma. Eventos geradores de variabilidade em vírus de plantas podem propiciar a adaptação a novos ambientes e surgimento de novas espécies bem como facilitar de dispersão por artrópodes. Neste contexto, a expansão de fronteiras agrícolas pode favorecer o fluxo/trânsito de vírus entre os diferentes ambientes. Avanços nas tecnologias de sequenciamento e análise metagenômica têm permitido a detecção e caracterização molecular de um número crescente de espécies virais. Assim, o objetivo deste trabalho foi prospectar a distribuição de vírus associados a espécies arbóreas e cultivadas em diferentes microambientes da área de Cerrado de Brasília-DF (Distrito Federal), no Brasil Central. Ao todo, 296 amostras foliares (134 espécies e 49 famílias botânicas) foram obtidas em áreas de três microambientes: (a) Áreas antrópicas (n=176); (b) Áreas de conservação (n=60) e (c) Áreas de transição (n=60). As extrações de DNA foram realizadas individualmente e seguidas de enriquecimento via círculo rolante (RCA). As amostras foram agrupadas em cinco conjuntos e sequenciadas em uma plataforma Illumina Hiseq2500. Os resultados do High-Throughput Sequencing (HTS) geraram um total de 167.689,52 leituras formando 297.103 contigs, dos quais 503 mostraram identidade com vírus vegetais em análises com o algoritmo BLASTx. Foram recuperados 30 contigs (= 24 espécies virais), permitindo a identificação de 12 novas espécies das famílias: Geminiviridae (01), Genomoviridae (04), Circoviridae (04) bem como vírus de ssDNA sem classificação (03). Dezoito contigs (= 12 espécies virais já descritas) foram caracterizados nas famílias: Geminiviridae (08), Genomoviridae (02) e Caulimoviridae (02). O resultado de HTS foi validado empregando primers específicos que foram utilizados para detecção e/ou recuperação do genoma completo (obtido mediante sequenciamento via Sanger). Foi observada uma prevalência de vírus em áreas de ambiente antrópico (com especial destaque para membros da família Geminiviridae). Poucos vírus foram detectados nas áreas de ambiente de conservação. No ambiente de conservação, as detecções foram de vírus classificados na família Genomoviridae. No ambiente de transição, observou-se que algumas espécies que ocorrem sob condições de cultivo também estão ocorrendo em espécies arbóreas. Espécies botânicas classificadas nas famílias Solanaceae e Fabaceae apresentaram o maior número de espécies de vírus. Seis contigs que apresentaram identidade com representantes da família Genomoviridae foram caracterizados molecularmente. Destes, quatro correspondiam a novas espécies e dois a espécies já conhecidas. Além disto, dois isolados de Cauliflower mosaic virus (Caulimovirus, Caulimoviridae) foram detectados em couve e em uma nova hospedeira – Fevillea trilobata. Foi também possível detectar uma nova espécie de ssDNA (até o momento sem classificação em gênero e família) em Caesalpinia pluviosa. Além disso, sequências do genoma completo de sete espécies virais foram recuperadas por HTS: Sugarcane baciliforme virus – SBCV (Badnavirus, Caulimoviridae), duas novas espécies de ssDNA (sem classificação) e quatro novas espécies de Circoviridae. (Capítulo 2). Foi acrescentada uma nova espécie da família Genomoviridae em Eucalyptus urophylla, totalizando sete espécies. Foram identificadas sequências de três espécies através de análises de identidade pareada e filogenia que ficaram próximas a uma espécie do gênero Gemyvongvirus detectadas em Vochysia rufa, Byrsonima crassiflora e E. urophylla, para as quais foram propostos os nomes Vochysia rufa associated genomovirus – VoaGmV, Byrsonima crassiflora associated genomovirus e Eucalyptus urophylla associated genomovirus, respectivamente. Sequências de duas novas espécies virais foram detectadas: Tecoma stans associated gemykolovirus (Gemykolovirus) em Tecoma stans e Ouratea duparquetiana associated gemykibivirus (Gemykibivirus) em Ouratea duparquetiana. Além disto, foram detectados dois isolados das espécies Gila monster-associated gemykrogvirus - (Gemykrogvirus) em Trembleya parviflora e Momordica charantia associated gemycircularvirus (Gemycircularvirus) em berinjela (Capítulo 3). Treze contigs apresentaram identidade com sequências de nove espécies da família Geminiviridae. Isolados das nove espécies virais foram considerados como: (1) Nova espécie: Macroptilium bright yellow interveinal virus – MaBYIV (Begomovirus) detectada em Macroptilium erythroloma em infecção mista com isolado de Bean golden mosaic virus – BGMV (Begomovirus). Ensaios de transmissão via mosca-branca (Bemisia tabaci MEAM 1) foram conduzidos usando como fonte de inóculo M. erythroloma para cultivares de feijão, caupi, amendoim, soja e tomate. A transmissão de MaBYIV ocorreu para plantas de feijão e soja. BGMV foi transmitido para todas as plantas. (2) Isolados de duas espécies da família Geminiviridae sem relato no país e/ou com sequência divergente: primeiro relato no país de um isolado de Tomato apical leaf curl virus – ToALCV proveniente do tomateiro e registro de dois isolados divergentes de Tomato associated geminivirus 1 – TaGV1 no tomateiro e em uma nova hospedeira (beterraba). Clones de ToALCV e TaGV1 foram inoculados via biobalística nas hospedeiras originais e em Nicotiana benthamiana. Somente o isolado de TaGV1 foi capaz de causar infecção e replicar-se em N. benthamiana. (3) Isolados de quatro espécies virais já conhecidas detectados em novas hospedeiras: dois isolados de Maize striate mosaic virus – MSMV (Mastrevirus) em cana de açúcar (Saccharum officinarum); novos isolados de BGMV em berinjela, angico (Anadenanthera colubrina) e macroptilium; um isolado de Tomato severe rugose virus (Begomovirus) em algodão (Gossypium hirsutum) e dois isolados de Tomato mottle leaf curl virus (Begomovirus) em leiteiro (Euphorbia heterophylla) e o outro em Ouratea duparquetiana. (4) Isolados de cinco espécies (gênero Begomovirus) em hospedeiras já conhecidas: vinte e quatro isolados de ToSRV, sendo em tomate (11), berinjela (11) Nicandra physalodes (1) e Sida sp. (1); três isolados de ToMoLCV em tomate; sete isolados de BGMV em feijão; quatro isolados de Sida micrantha mosaic virus (Begomovirus) em algodão (2), guanxuma (1) e N. physalodes (1) e quatro isolados de Sweet potato leaf curl virus (Begomovirus) em batata- doce e (5) Isolados de Mastrevirus em hospedeira já descrita: dois isolados de MSMV foram recuperados de milho (Capítulo 4). Os resultados do presente trabalho indicam uma considerável diversidade viral em espécies arbóreas, cultivadas e daninhas. HTS e metagenômica foram importantes ferramentas no estudo e caracterização da diversidade viral em diferentes ambientes naturais e antrópicos.
Abstract: A large fraction of the Brazilian has territory is occupied by native vegetation and areas planted with forest species. In recent years, the anthropic action characterized by the expansion of agriculture and livestock production has significantly changed this scenario. The introduction of novel agricultural practices may affect the microbiota present in natural, transitional, and agricultural environments. The central region of Brazil, predominantly located within the Cerrado biome, is a major agricultural region, where native areas have been replaced by extensive crops. Little is known about the viral diversity present in native tree species in this biome. Events that generate variability in plant viruses can provide adaptation to new environments and the emergence of new species, as well as facilitate dispersion by arthropods. In this context, the expansion of agricultural frontiers may favor the flow of viruses among distinct environments. Advances in sequencing technologies and metagenomic analysis, have enabled the large-scale detection and molecular characterization of novel viral species. Thus, the objective of this work was to prospect the viruses associated with tree and cultivated species cultivated under different microenvironments in the Cerrado area of Brasília-DF (Federal District), Central Brazil. Altogether 296 leaf samples (from 134 species and 49 botanical families) were obtained in areas of three microenvironments: (a) Anthropic areas (n=176); (b) Conservation areas (n=60) and (c) Transition areas (n=60). DNA extractions were performed individually and were followed by enrichment by means of a rolling circle amplification reaction (RCA). The samples were grouped into five sets and sent for sequencing on an Illumina Hiseq2500 platform. The results of the High- Throughput Sequencing (HTS) generated a total of 167,689.52 readings forming 297,103 contigs, of which 503 showed identity with plant viruses in analyzes using the BLASTx algorithm. Thirty contigs (corresponding to 24 viral species) were recovered, allowing the identification of 12 new species of the families: Geminiviridae (01), Genomoviridae (04), Circoviridae (04) as well as unclassified ssDNA virus (03). Eighteen contigs (= 12 viral species already described) were characterized in the families: Geminiviridae (eight species), Genomoviridae (two species) and Caulimoviridae (two species). The HTS result was validated using specific primers that were used for detection and / or recovery of the complete genome. A prevalence of viruses was observed in areas of anthropic environment (with special emphasis on members of the Geminiviridae family). Few viruses were detected in the conservation environment areas. In the conservation environment, the detections were of viruses classified in the Genomoviridae family. In the transition environment, it was observed that some species that occur under cultivation conditions are also occurring in trees. Botanical species classified in the families Solanaceae and Fabaceae presented the highest number of virus species. Six contigs that showed identity with representatives of the Genomoviridae family were characterized molecularly, detected by PCR and confirmed by Sanger. Of these, four corresponded to new species and two to species already known. In addition, two Cauliflower mosaic virus isolates (Caulimovirus, Caulimoviridae) were detected in cabbage (Brassica oleraceae) and in a new host – Fevillea trilobata. It was also possible to detect a new species of ssDNA in Caesalpinia pluviosa (so far unclassified by gender and family). In addition, sequences of the complete genome of seven viral species were recovered by HTS: Sugarcane baciliforme virus (Badnavirus / Caulimoviridae), two new species of ssDNA without classification and four new species of the family Circoviridae. (Chapter 2). A new species of the Genomoviridae family was added to Eucalyptus urophylla, totaling seven species. Sequences of three species were identified through analysis of paired identity and phylogeny that were close to a species of the genus Gemyvongvirus detected in Vochysia rufa, Byrsonima crassiflora and E. urophylla, for which the names Vochysia rufa associated genomovirus, Byrsonima crassiflora associated genomovirus and Eucalyptus urophylla associated genomovirus, respectively. Sequences of two new viral species were detected: Tecoma stans associated gemykolovirus (Gemykolovirus) in Tecoma stans and Ouratea duparquetiana associated gemykibivirus (Gemykibivirus) in Ouratea duparquetiana. In addition, two isolates of the species Gila monster-associated gemykrogvirus (Gemykrogvirus) were detected in Trembleya parviflora and Momordica charantia associated gemycircularvirus (Gemycircularvirus) in eggplant (Chapter 3). Thirteen contigs showed identity with sequences of nine species of the Geminiviridae family. Isolates from the nine viral species were considered as: (1) New species: Macroptilium bright yellow interveinal virus - MaBYIV (Begomovirus) detected in Macroptilium erythroloma in mixed infection with Bean golden mosaic virus isolate - BGMV (Begomovirus). Transmission tests via whitefly (Bemisia tabaci MEAM 1) were conducted using M. erythroloma as inoculum source for Phaseolus vulgaris, Vigna unguiculata, Arachys hypogaea, soy and tomato cultivars. The transmission of MaBYIV occurred to bean and soybean plants (with 40% efficiency). BGMV was transmitted to all plants. (2) Isolates of two species of the Geminiviridae family with no report in the country and / or with divergent sequence: one Tomato apical leaf curl virus isolate – ToALCV from tomato and corresponding to the first report of this virus in the country and two divergent isolates of Tomato associated geminivirus 1 - TaGV1 in tomato and table beet. This is the first report of TaGV1 in beet. ToALCV and TaGV1 clones were inoculated via biobalistics in the original hosts and in Nicotiana benthamiana. Only the TaGV1 isolate was able to cause infection and replicate in N. benthamiana. (3) Isolates of four known viral species detected in new hosts: two isolates of Maize striate mosaic virus (Mastrevirus) in sugar-cane; new BGMV isolates in eggplant, angico (Anadenanthera colubrina) and macroptilium; one isolate of Tomato severe rugose virus (Begomovirus) in cotton (Gossypium hirsutum) and two isolates of Tomato mottle leaf curl virus (Begomovirus) in dairy (Euphorbia heterophylla) and the other in Ouratea duparquetiana. (4) Isolates of five species (genus Begomovirus) in already known hosts: twenty-four isolates of ToSRV, being in tomato (11), eggplant (11) Nicandra physalodes (01) and Sida sp. (01); three ToMoLCV isolates in tomatoes; seven BGMV isolates in beans; four isolates of Sida micrantha mosaic virus (Begomovirus) in cotton (02), Sida sp. (01) and N. physalodes (01) and four isolates of Sweet potato leaf curl virus (Begomovirus) in sweet-potatoes and (5) Mastrevirus isolates in a host already described: two MSMV isolates were recovered from maize (Chapter 4). The results of the present work indicate a considerable viral diversity in tree species, field crops, and weeds. In conclusion, HTS and metagenomics were important tools in the study and characterization of viral diversity in different natural and anthropic environments.
Description: Tese (doutorado)—Univesidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, 2020.
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Agência financiadora: CNPq
Appears in Collections:FIT - Doutorado em Fitopatologia (Teses)

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