Variabilidade genômica e geográfica de espécies de begomovírus em tomateiro e em dois gêneros de plantas daninhas no Brasil

Abstract

Até o inicio da década de 1990 as begomoviroses apresentavam ocorrência esporádica e sem importância econômica no tomateiro (Solanum lycopersicum L.). No entanto, um complexo de espécies de Begomovirus foi identificado no Brasil após a introdução no país de Bemisia tabaci biótipo B. Um elevado grau de relacionamento genético tem sido observado entre algumas espécies de Begomovirus reportadas em tomateiro e aquelas registradas em plantas invasoras associadas com o cultivo desta hortaliça. Desta forma, existem fortes evidências de transferência natural de segmentos genômicos entre as espécies virais presentes nestas diferentes plantas hospedeiras. O cultivo de tomateiro para consumo in natura no Brasil é conduzido em uma grande amplitude de condições agroclimáticas incluindo a região Amazônica, a Zona da Mata e o Semi-árido nordestino, a região do „Cerrado‟ (no Centro-Oeste) e, principalmente, as condições subtropicais do Sudeste e Sul do país. O objetivo deste trabalho foi prospectar e caracterizar a variabilidade genética das espécies de Begomovirus registradas na cultura do tomateiro para consumo in natura no Brasil (no período entre 2001 e 2010) e em duas plantas daninhas dos gêneros Cleome (presente em regiões de clima quente) e Leonurus (presente em regiões subtropicais). Os isolados foram caracterizados via PCR com primers universais para segmentos conservados do DNA-A e DNA-B e via sequenciamento de um segmento do DNA-A. Estes „primers‟ foram desenhados para anelar com sequencias conservadas presentes na região 5‟-terminal do gene AV1 (CP) e na região 3‟-terminal do gene AC1 (Rep), englobando uma região com 1100 pares de base. Duzentas e cinquenta e duas amostras foliares de tomateiro foram coletadas nas principais áreas produtoras nas cinco regiões do Brasil. Os resultados indicaram que todos os isolados de tomateiro apresentam genoma bipartido, não havendo ainda nenhum registro de espécies de genoma monopartido. Existe uma aparente regionalização das espécies virais, com algumas sendo predominantes em condições de clima mais quente e outras em condições de clima subtropical. As espécies Tomato golden mosaic virus (descrita antes do ingresso do biótipo B no Brasil) e Tomato yellow spot virus não foram detectadas neste levantamento. Sete potenciais novas espécies, ainda não descritas anteriormente, estão emergindo no país, sendo que algumas já apresentam ampla distribuição geográfica enquanto que outras ainda vêm se mantendo de maneira endêmica. Existem algumas estirpes que estão divergindo dos isolados das espécies originais a ponto de representarem potenciais novas espécies. Estirpes de espécies de Begomovirus reportadas inicialmente em outras plantas cultivadas e/ou plantas daninhas estão aparentemente se adaptando e infectando tomateiro. No gênero Cleome foi identificado um complexo de isolados contendo pelo menos três novas espécies filogeneticamente relacionadas com vírus presentes infectando plantas do gênero Sida (Malvaceae) e com a espécie Tomato yellow spot virus (ToYSV). Os isolados de L. sibiricus apresentaram elevada identidade (95,1 a 97,1%) com estirpes de ToYSV (previamente descritas infectando tomateiro e feijoeiro). Desta forma, L. sibiricus é uma hospedeira de isolados de begomovírus que apresentam estreita relação genética com espécies infectando plantas cultivadas no Brasil. De modo geral, os resultados obtidos confirmam a extraordinária variabilidade de Begomovirus de genoma bipartido do Novo Mundo e o complexo cenário que ainda permanece na etiologia das begomoviroses do tomateiro. Este estudo ainda reforça a importância das plantas daninhas e nativas da flora como fontes de material genético viral necessário para a emergência de novas espécies com diferentes características biológicas, ecológicas e moleculares. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In Brazil, the begomoviruses in tomatoes (Solanum lycopersicum L.) were minor diseases up to the 1990´s. However, an extremely diverse complex of Begomovirus species has arised after the introduction into the country of the whitefly Bemisia tabaci biotype B. The high degree of relationship of some tomato and weed-infecting begomoviruses suggests a natural transfer of genetic material among these viral isolates. In Brazil, fresh-market tomatoes are grown under a wide array of agroclimatic conditions ranging from warm and humid equatorial area in the Amazon River Basin to the semi-arid Northeast region. It is also cultivated in the dry and mild climates of the Brazilian Savannah (“Cerrado”) in Center-West region and mainly in the subtropical mild climates of Southeast and South regions. The main objective of the present work was to evaluate the nation-wide genetic variability of Begomovirus species infecting fresh-market tomatoes during the years 2001 and 2010 and also in two genera of weed plants: Cleome (present in warm regions) and Leonurus (present in subtropical areas). This survey was done via PCR with universal primers targeting conserved regions of both DNA-A and DNA-B components and via sequencing analysis of a PCR amplicon of 1100 base pairs encompassing a region of the DNA-A component between the 5‟-end of the AV1 (CP) gene and the 3‟-end of the AC1 (Rep) gene. Two-hundred-fifty two leaf samples were collected in the main tomato production areas in all Five Brazilian regions. All isolates had bipartite genome with no report of monopartite species. Some viral species formely described in Brazil were not detected in this survey, including Tomato golden mosaic virus (described before the entrace of the biotype B) and Tomato yellow spot virus. There is a geographic distribution of some viral species displayed a regional pattern, with one group of species being prevalent in warm conditions and other group being prevalent in subtropical areas. Seven potential new viral species are emerging in tomatoes, with some of them already showing a wide geographic distribution, whereas others are yet endemic and restricted to some specific areas. A group of strains are diverging from the original viral species and many isolates might represent new species according to the current taxonomic rules. Strains of Begomovirus species originally reported on other cultivated plant species and weeds are also moving into tomatoes. A complex of at least three viral species was characterized in the genus Cleome with species genetically related to Tomato yellow spot virus (ToYSV) and with viruses reported infecting the genus Sida (Malvaceae). Leonurus sibiricus isolates displayed high identity levels (from 95.1 a 97.1%) with ToYSV strains previously reported infecting tomatoes and beans. Therefore, L. sibiricus is an alternative host of viral species closely related to viruses able to infect cultivated crops in Brazil. In general, the results indicated the extraordinary diversity of the bipartite Begomovirus species from the New World area. The scenario of tomato-infecting begomoviruses remains extremely diverse in Brazil, difficulting the precise diagnosis of particular members within this species complex. The present study also reinforces the importance of native flora and weed species as sources of viral genetic material necessary for the intense upsurge of new species with distinct biological, ecological, and molecular properties.