Interaccion planta-virus durante el proceso infectivo

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Interaccion planta-virus durante el proceso infectivo

  1. 1. Cien. Inv. Agr. 33(1): 3-21. 2006 www.rcia.puc.cl REVISION DE LITERATURA Interacción planta-virus durante el proceso infectivo C. Stange1 Facultad de Ciencias, Universidad de Chile Casilla 653, Santiago, Chile Abstract C. Stange. 2006. Plant-virus interactions during the infective process. Cien. Inv. Agr. 33(1): 3 - 21. Viruses that infect plants are generally single-stranded (ss) positive-sense RNA viruses. The accumulation of the virus progeny inside the plant cells involves translation, replication, cell–to-cell and long-distance movement of viral sequences. Over the past 30 years high progress has been made in understanding the interactions between the virus and the host plant during these processes. Reports of host factors implicated in promoting viral cycle and the characterization of plant virus receptors (R) and their resistance mechanisms in Solanaceae, Cucurbitaceae, Leguminoseae and in Arabidopsis thaliana have contributed extensively to understanding this complex interaction. Almost all of the R genes cloned share structural similarity, harbouring LRR, NBS, TIR and LZ domains, suggesting a convergence in the signal transduction machinery in plant defence. Plant viruses evolve very rapidly. This is possible because of their very short replication cycles, large numbers of genomes within each cell and across many cells per host, and many hosts infected. Therefore, viruses readily produce new avirulence factors and resistance- breaking viral genotypes. To overcome the appearance of new viral races, plants generate R gene variants through recombination processes and develop specialized defence mechanisms such as post-transcriptional gene silencing. However, viruses such as Potyvirus X can overcome this type of plant resistance. Recent insights into virus-host interactions have been compiled in this review, focusing on the interaction between Tobacco mosaic virus and the N receptor in Nicotiana tabacum, to describe the possible transduction mechanisms that trigger a cascade of downstream events leading to viral defence in plants. Key words: N gene, plant resistance genes, TMV, virus, virus movement, viral replication.Introducción mensajeros a proteínas y se moviliza local y sistémicamente.Los virus de plantas son partículas infectivas,considerados parásitos intracelulares obligados, Para cumplir con estos procesos, el virus utilizase componen generalmente por ácido energía y proteínas de la célula hospedera.ribonucleico (RNA) de hebra simple y positiva Durante cada etapa del ciclo viral se generan(RNAss) y sólo en unos pocos casos por ácido distintas interacciones entre la planta hospederadesoxiribonucleico (DNA) de hebra simple o y el virus. Si la planta desconoce la partículadoble. Estos ingresan a la célula vegetal a través viral, se establece una interacción compatiblede heridas causadas por daños físicos debidos entre la planta hospedera y el virus, siendo estasal medio ambiente o por la acción de vectores. interacciones favorables para el virusEntre los vectores se encuentran varias especies (Hammond-Kosack and Jones, 2000). Por elde insectos, ácaros, nemátodos y ciertos hongos contrario si la planta reconoce la partícula viral,habitantes del suelo. En el citoplasma, el virus se establece una interacción incompatible,RNA se desensambla, replica, traduce sus desfavorable para el virus. En estas condiciones, la planta reconoce el virus, desencadenandoRecibido 16 diciembre 2005; Aceptado 02 enero 2006. respuestas de defensa que pueden limitar la1 Dirigir correspondencia a C. Stange: cstange@uchile.cl replicación y el movimiento del virus,
  2. 2. 4 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIAcircunscribiéndolo al sitio inicial de infección poseen su propia RNA polimerasa RNA(Hammond-Kosack and Jones, 2000). dependiente (RpRd). Sin embargo, requieren de factores del hospedero para establecer elLa interacción planta-virus es extremadamente complejo de replicación. Este proceso comienzacompleja y se ha estudiado en profundidad por con la copia de la hebra (+) en una hebra (–) ymás de medio siglo. Sin embargo, se han complementaria. La hebra (+) es utilizada paradilucidado sólo parcialmente en los últimos la traducción, replicación y la síntesis de nuevasaños los mecanismos asociados con la hebras (+) que formarán parte de los nuevosacumulación y el movimiento viral en la planta, viriones. La traducción y replicación del mismocomo asimismo la capacidad de éstas para molde (template) es un proceso en el cual losdefenderse de una infección viral. ribosomas y la actividad de la RpRd deben ser regulados y controlados (Barry and Miller,Esta revisión tuvo como objetivos: 1. Presentar 2002). Recientes evidencias sugieren que ellas últimas evidencias relacionadas con la RNA viral recircula, al igual que los RNAm, areplicación, traducción y movimiento viral en pesar de la inexistencia de cap y poliA en suslas plantas. 2. Discutir la importancia de los extremos (Thivierge et al., 2005). Esto lesfactores inherentes al hospedero en estos procesos. permite tener acceso a la maquinara de3. Presentar y discutir los mecanismos de defensa traducción del hospedero, reubicar la RpRd yde la planta, que le permiten identificar y traducir eficientemente sus proteínas (Le et al.,defenderse de las infecciones virales. 4. Presentar 1997; Wei et al., 1998; Borman et al., 2000,los genes de resistencia a virus actualmente Herold and Andino, 2001; Barry y Miller, 2002).descritos, empleando como ejemplo lainteracción receptor N-Tobacco mosaic virus Producto de la traducción se obtienen las proteínas(N–TMV). 5. Sugerir los posibles mecanismos estructurales como la proteína de la cápside (PC),de transducción que conllevan finalmente al replicasa, proteínas de movimiento y otrasproceso de defensa. proteínas virales específicas. Durante la replicación se producen múltiples copias delReplicación y traducción viral mismo genoma viral para lograr infectar sistémicamente la planta hospedera. Durante unaPara los virus de planta del tipo DNA y RNA reacción compatible, la capacidad que tiene ella acumulación viral en la célula vegetal virus de invadir la planta radica en la formacióndepende de los procesos de replicación y de heterocomplejos entre proteínas virales y deltraducción (Buck, 1999; Ahlquist et al., 2003; hospedero. Además los virus utilizan la víaNoueiry and Ahlquist, 2003; Hanley-Bowdoin simplástica para establecer la infección sistémicaet al., 2004; Ishikawa and Okada, 2004). en las plantas susceptibles (Lucas et al., 1995). Sin embargo, en el hospedero existen otrosA diferencia de los RNA mensajeros (RNAm), factores proteicos como son los receptoreslos RNAs virales pueden presentar varias codificados por genes de resistencia. Como seestructuras en la región 5’, tales como un grupo indicará más adelante la presencia de estos genesfosfato, una cubierta de 7 metil guanosina (cap) de resistencia específicos limitan el movimientoo un polipéptido denominado VPg (Viral Protein local y sistémico del virus en una interaccióngenome-linked). Algunas de estas estructuras son denominada incompatible.muy diferentes al cap de los RNAm. Algunosvirus poseen motivos IRES (internal ribosome Acumulación y movimiento viralentry sequence), que permiten la traducción sinnecesidad del complejo de iniciación elF4F. Por El movimiento célula a célula es un eventootro lado, la región 3’ del virus puede poseer un temprano en el proceso infectivo. Ocurre en 4 ypoliA, una estructura de tRNA o un grupo OH 5 h para el Tobacco rattle virus en Nicotianalibre (Thivierge et al., 2005). clevelandii y Tobacco mosaic virus (TMV) en N. tabacum, respectivamente (Fannin y Shaw,Los virus RNA de hebra simple y positiva 1987; Derrick et al., 1992).
  3. 3. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 5En una primera etapa, las proteínas de al., 1999; Oparka, 2004; Waigmann et al., 2004;movimiento (PM) se unen al genoma viral y lo Voinnet, 2005, Boevink y Oparka, 2005).transportan de célula a célula. Esto ocurre a Además, los virus pueden aumentar diez vecestravés de los plasmodesmos, desde células el límite de exclusión (diámetro) de losepidermales a células del mesófilo, hasta llegar plasmodesmos, lo cual facilita el paso ya los haces vasculares. diseminación de los virus (Hammond-Kosack and Jones, 2000). No es posible detectar la PM Los factores del hospedero asociados al ciclo del TMV a seis células de distancia del sitio deinfectivo de los virus se han identificado por infección, lo que indica que la PM en la regiónmutagénesis. Estos actúan preferentemente central de los plasmodesmos se encuentra inactivasobre el movimiento célula a célula y el (Oparka et al., 1997). Se ha demostrado que lamovimiento sistémico. Por ejemplo, Arabidopsis fosforilación de la PM afectaría su actividadsp. mutantes homocigotas para tom1 y tom2, (Waigman et al., 2000; Trutnveva et al., 2005),impiden la acumulación de TMV en la célula siendo fosforilada por una quinasa putativa deinfectada. Tom1 y tom2 codifican para proteínas los plasmodesmos que se encuentra asociada ade transmembrana del tonoplasto que la pared celular (Citovsky et al., 1993).interaccionan entre sí y con el dominio helicasade la replicasa del virus. Se ha sugerido recientemente que los microtúbulos estarían involucrados en laPor otro lado, existen evidencias que involucran degradación de la PM (Gillespie et al., 2002).el citoesqueleto y sus componentes en el Proteínas que se asocian a microtúblulos comomovimiento viral, facilitando el transporte de MPB2C y calreticulina interactuarían con PMlos virus a través de los plasmodesmos. Muchas del TMV (Kragler et al., 2003; Chen et al.,proteínas de movimiento (PM) viral son 2005). Calreticulina es una proteína chaperonadestinadas a los plasmodesmos a donde llegan asociada al lúmen del RE que ayuda a lavía retículo endoplásmico (RE). Los filamentos degradación de proteínas por el proteosoma yde actina/miosina regularían el flujo de las participa en la adhesión celular en animalesproteínas virales por el RE (Boevink and Oparka, (Coppolino et al., 1997). La sobre expresión de2005; Liu et al., 2005). esta proteína aumenta la cantidad de PM asociada a los microtúbulos. Por este motivo,Varios estudios han reportado que durante la se especula que ayudaría a remover el excesorespuesta de hipersensibilidad (HR) existe depósito de PM desde el RE a través de los microtúbulosde callosa (1-3 glucanos) para cerrar los (Boevink y Oparka, 2005). La PM del TMV,plasmodesmos y evitar la diseminación viral (Wolf fusionada a proteína fluorescente verde (GFP),et al., 1991; Beffa et al., 1996; Iglesias and Meins, se asocia con RE en estadíos tempranos de la2000; Bucher et al., 2001). La proteína TGB2 infección (Heinlein et al., 1998; Gillespie etdel Potato virus X (PVX) interactúa con ß-1,3- al., 2002). Por otra parte, la replicasa 126K/183Kglucanase, una enzima que degrada de callosa del TMV también asociada a microfilamentos,(Fridborg et al., 2003). Esto acelera la degradación es necesaria para el movimiento viral célula ay desensamble de este compuesto y permite el célula y se ha visto asociada con complejos depaso de PVX por los plasmodesmos (Fridborg et movimiento (CMs: complejos de RNA viral,al., 2003). MPs, RNA viral y otras proteínas virales y del hospedero) (Kawakami et al., 2004; HirashimaLos Closterovirus poseen una proteína homóloga and Watanabe, 2001, 2003).a Hsp70 con actividad PM y con gran afinidada microtúbulos (Peremyslov et al., 1999; El virus llega al sistema vascular desde las célulasAlzhanova et al., 2001). Se ha determinado acompañantes teniendo acceso directo al floematambién que la PM del TMV además de asociarse (Carrington et al., 1996). Análisis de mutantes deal RNA viral, se asocia a componentes del TMV y Tobacco etch virus (TEV) sugieren quecitoesqueleto (microfilamentos y retículo la proteína de la cápside (PC) es esencial paraendoplásmico) de la célula infectada (Reichel et atravesar los elementos cribosos y desarrollar una
  4. 4. 6 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIAinfección sistémica (Lazarowitz, 2000; Lazarowitz con la concomitante aparición de síntomasy Beachy, 1999). Algunos virus tipo DNA, cloróticos en las hojas infectadas (Lehto et al.,distintos de Geminivirus, también requieren de la 2003). Algunos virus pueden infectarproteína de la cápside para movimientos a larga sistémicamente las flores y frutos, provocandodistancia (Boulton et al., 1989; Gardiner et al., serios daños fisiológicos a las plantas hospederas1988). Otros virus, ej. Luteovirus, quedan limitados y grandes pérdidas económicas a los paísesal floema, parenquima, células acompañantes y exportadores de fruta fresca (Herrera andelementos cribosos (Taliansky and Barker, 1999). Madariaga, 2002).Por el floema se transportan nutrientes y Interacción virus-hospederofotoasimilados. Por lo tanto, la presencia devirus en esta estructura disminuye la absorción Las plantas han desarrollado mecanismos parade estos compuestos en las hojas apicales de la reconocer y defenderse de parásitos (plantasplanta. La PC de los virus TMV se acumula en parásitas, insectos y algunos animalesel cloroplasto y se asocia con la membrana de invertebrados) y agentes patogénicos, entre loslos tilacoides produciendo malformaciones en cuales se incluyen virus, viroides, bacterias,la ultraestructura del cloroplasto (Dawson et fitoplasmas, hongos y nemátodos. Algunos deal., 1998). Además, se ha descrito que los virus estos mecanismos actúan como barreras físicasTMV se asocian con proteínas del fotosistema y químicas para evitar la infección de losII, lo cual causa la degradación de los pigmentos patógenos.Cuadro 1. Genes, identificados y secuenciados, que otorgan resistencia a virus en las plantas1.Table1. Cloned and characterized virus plant resistance genes1.Gen Especie Virus2 AVR Mecanismo Método de Estructura Referencia hospedera de resistencia clonamiento del receptorN N. tabacum TMV Dominio helicasa HR Mutagénesis TIR-NBS-LRR Whitham et al., de la replicasa por transposon 1994Rx1 S. tuberosum PVX Proteína de Replicación Clonamiento CC-NBS-LRR Bendahmane et al, la cápside posicional 1999Rx2 S. tuberosum PVX Proteína de Replicación Clonamiento CC-NBS-LRR Bendahmane et al, la cápside posicional 2000Sw5 S. esculentum TSWV Proteina M HR Clonamiento CC-NBS-LRR Brommonschenkel posicional et al., 2000HRT A. thaliana TCV Proteína de HR Clonamiento LZ-NBS-LRR Cooley et al., 2000 la cápside posicionalRTM1 A. thaliana TEV nd Movimiento Clonamiento Jacalin like seq Chisholm et al., sistémico posicional 2000RTM2 A. thaliana TEV nd Movimiento Clonamiento Jacalin like seq Whitham et al., sistémico posicional 2000RCY1 A. thaliana CMV Proteína de HR Clonamiento CC-NBS-LRR Takahashi et al., la cápside posicional 2001Tm22 S. lycopersicum ToMV Proteína de HR Mutagénesis CC-NBS-LRR Lanfermeijer et al., movimiento por transposon 2003Pvr21 C. annuum PVY VPg Replicación Aproximación eIF4E Ruffel et al., 2002pvr22 Movimiento por homología célula-célulaMo11 L. sativa LMV nd Replicación Aproximación eIF4E Nicaise et al., 2003mo12 Tolerancia por homologíaSbm1 P. sativum PSbMV nd Replicación Aproximación eIF4E Gao et al., 2004 por homología1 Adaptado de Kang et al., 2005. Adapted from Kang et al., 2005.2 CMV, Cucumber mosaic virus; LMV, Lettuce mosaic virus; PSbMV, Pea seed borne mosaic virus; PVY, Potato virus Y; PVX, Potato virus X; TCV, Turnip crinkle virus; ToMV, Tomato mosaic virus; TEV, Tobacco etch virus; TMV, Tobacco mosaic virus; TSWV, Tomato spotted wilt virus. nd, no determinado. CMV, Cucumber mosaic virus; LMV, Lettuce mosaic virus; PSbMV, Pea seed borne mosaic virus; PVY, Potato virus Y; PVX, Potato virus X; TCV, Turnip crinkle virus; ToMV, Tomato mosaic virus; TEV, Tobacco etch virus; TMV, Tobacco mosaic virus; TSWV, Tomato spotted wilt virus. nd, not determined.
  5. 5. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 7Reacción de compatibilidad e incompatibilidad en el cromosoma 5, y codifica para un receptorA nivel molecular las plantas han desarrollado homólogo a RPP8 que confiere resistencia aun mecanismo de defensa que se basa en la Peronospora parasitica. Por este motivo, seteoría del gen por gen descrita por Flor (1971). ha agrupado en la familia HRT/RPP8, a pesarEste modelo se define por la expresión de un de reconocer a patógenos diferentes (Cooleygen de resistencia (R) en la planta, el cual et al., 2000). Utilizando Arabidospispuede unir directa o indirectamente al producto transgénicos que expresan HRT, se determinódel gen de avirulencia (avr) del patógeno (Bent, que este gen es insuficiente para generar1996; Ellis et al., 2000b). En este contexto, resistencia a TCV. En presencia del gen HRT,las proteínas R actúan como receptor y las las plantas transgénicas desencadenan laproteínas elicitoras AVR como ligando (Keen, respuesta HR, pero sin mediar resistencia. La1990; Gabriel y Rolfe 1990, 1990; Ellis et al., resistencia completa a TCV se obtiene en2000b). plantas que además poseen el alelo recesivo rrt (Cooley et al., 2000). La proteína de laEn una reacción incompatible, la formación del cápside de TCV es el activador de la respuestacomplejo receptor-ligando inicia una cascada HR en este sistema HRT/RRT, interactuandode señales de transducción, las que finalmente con el factor de transcripción TIP (TCVdesencadenan la respuesta HR. La respuesta interacting protein). Se ha postulado que estaHR es una reacción local y se caracteriza por interacción serviría para mantener a TIP fuerauna muerte celular programada en el sitio de la del núcleo y evitar una respuesta molecularinfección (Staskawicz et al., 1995; Heath, 2000; de defensa por parte de la planta (Ren et al.,Shirasu y Schulze-Lefert, 2003). Además 2000).durante el desarrollo de la reacción HR, seproducen especies químicas oxidantes (Lamb En tomate, el producto del gen Tm22 reconoceand Dixon, 1997), se sintetiza callosa al Tomato mosaic virus (ToMV), se aisló por(Shimomura and Dijkstra, 1975) y lignina, mutagénesis por transposones y codifica paraaumentan los niveles de ácido salicílico una proteína estructural CC-NBS-LRR de 861(Malamy et al., 1990; Naylor et al., 1998) y se amino ácidos (Hall, 1980). El activador de Tm22producen proteínas relacionadas con patogénesis es la proteína de movimiento (PM) (Weber et(Yalpani et al., 1991). De este modo la planta al., 1993).limita el movimiento a corta y larga distanciadel patógeno. En Arabidopsis, el ecotipo C24 resiste a Cucumber mosaic virus (CMV) raza Y (CMV-Genes de resistencia a virus Y) debido a la presencia del gen dominanteActualmente se han aislado, secuenciado y RCY1 (Resistance to Cucumber mosaic viruscaracterizado varios genes de resistencia a virus strain Y). El gen RCY1 se encuentra en elen distintas especies vegetales (Cuadro 1). Entre cromosoma 5 de Arabidopsis en donde seellos se encuentra el gen Sw5, el cual fue localizan otros genes de resistencia (ej. RAC3,identificado mediante clonamiento posicional RPS4, HRT, TTR1) y 5 loci distintos para RPPy confiere resistencia al Tomato spotted wilt (Takahashi et al., 2001). Análisis de secuenciavirus (TSWV) en tomate. El receptor SW5 de esta región respecto a ecotipos mutantes C24posee estructura CC-NBS-LRR (CC: Coiled sensibles, permitieron identificar que el gencoil, NBS: sitio de unión a nucleótidos, LRR: RCY-1 codifica para una proteína de 140 kDa,regiones repetidas de leucina). En Arabidopsis, de estructura CC-NBS-LRR. Al realizar viruslos genes RTM1/ RTM2 otorgan resistencia a quiméricos entre CMV-Y y la cepa virulentaTMV y el gen HRT a Turnip crinkle virus CMV-B2, se identificó a la PC como el factor(TCV). Estos genes también codifican para de avirulencia de CMV-Y (Takahashi et al.,una proteína de estructura CC-NBS-LRR 2001). La respuesta de resistencia mediada por(Cooley et al., 2000). RCY1 requiere de señales de transducción en las que interviene ácido salicílico (AS) y etilenoEl gen HRT es dominante y único, se ubica (Takahashi et al., 2004).
  6. 6. 8 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIALa mayoría de los genes de resistencia a virus interferente (RNAi) y silenciamiento génicoposeen estructura NBS/LRR en el extremo post transcripcional (PTGS) en animales ycarboxilo. Pequeñas variaciones en el dominio plantas, respectivamente. Por lo general, lasLRR permiten variar la especificidad al patógeno plantas poseen este mecanismo de(Ellis et al., 2000a; Warren et al., 1998). silenciamiento para diversos factores, porGeneralmente los genes R son monogénicos ejemplo, para controlar la infección viraldominantes y desencadenan una respuesta HR (Baulcombe, 2000; Carrington, 2000).frente a la infección viral. Sin embargo, en otroscasos, los niveles de expresión del receptor, El silenciamiento génico viral comienza con lasólo permiten una dominancia incompleta (Kang identificación del duplex de RNA formado entreet al., 2005). También existen ejemplos de genes el RNA viral hebra positiva (sentido) y negativadominantes o recesivos suficientes para ejecutar (antisentido) (Hamilton y Baulcombe, 1999).la respuesta de defensa frente a varias especies Esta estructura se genera como intermediariode una familia viral. Este caso se ha reportado durante la replicación de virus RNA hebrapara el gen de resistencia I de Phaseolus positiva en la planta. Un complejovulgaris, produciendo HR y defensa a diez multicomponente en el que se incluye a la RpRdespecies distintas de virus de la familia viral, RNA helicasa y a DICER/RISC se encargaPotyviridae (Fisher y Kyle, 1994). de identificar y degradar al RNA en pequeños fragmentos de 21-27 nucleótidos (RNAi). EstasPor el contrario, en plantas del género Capsicum moléculas son la señal móvil encargada dese genera una respuesta de defensa frente a amplificar el silenciamiento al resto de la plantaPepper veinal mottle virus (Potyvirus), sólo si (Mlotshwa et al., 2002; Hammond et al., 2001;los alelos pvr12 (homólogo a elF4E) y pvr6 Hamilton y Baulcombe, 1999).(elF(iso)4E) son homocigotos en la planta(Caranta et al., 1996) . Algo similar se ha Este mecanismo también ha sido utilizado comoreportado para el gen Rx y el alelo rrt estrategia para combatir las infecciones virales(Bendamahne et al., 1999; Cooley et al., 2000). en las plantas. Se puede inducir eficientemente el PTGS incorporando a la planta un fragmentoVariabilidad viral de DNA viral, en antisentido, como transgenLos virus de plantas mutan y evolucionan (Ding et al., 2004). En el año 1993, Lindbo etrápidamente. La presencia de varios genomas al., pudieron comprobar la eficiencia del PTGSvirales y cortos ciclos de replicación en cada célula frente al TEV. La planta hospedera, al entrar envegetal infectada favorecen esta situación. Además, contacto con el virus correspondiente, puedela replicasa del virus RNA carece de capacidad traducir y replicar sus proteínas. No obstante,correctora, lo que permite elevar la tasa de prontamente el nivel de transcrito disminuyemutaciones a 10-4 por ciclo replicativo por base. debido a la formación del duplex de RNA entre la hebra positiva del virus y la hebra negativaAdemás de las mutaciones, en los virus existe del transgen. Así, la acumulación del virusgran variación genética debida a recombinaciones disminuye paulatinamente, sin que la infeccióny a la adquisición de genomas adicionales. Estas logre producir considerables daños en la plantacaracterísticas les otorga la capacidad de modificar hospedera.los genes avr y eventualmente evadir las barrerasde defensa de las plantas hospederas. Sin embargo, los virus han podido coevolucionar y algunos Potyvirus y Tobamovirus poseen proteínasSilenciamiento génico post transcripcional supresoras del silenciamiento de las plantas (Li yPor otro lado, los virus han podido sortear Ding, 2001). Una de estas proteínas supresoras,barreras defensivas muy complejas desarrolladas P1/Hc-Pro (Helper component-proteinase) sepor los hospederos. En la década de los años encuentra codificada en el genoma de Potyvirus y90, se describió un tipo de defensa extrema la proteína supresora 2b la codifica el genoma deconsistente en el silenciamiento del RNA viral. Cucumovirus (Kasschau et al., 1997; KasschauEsto se conoce en la actualidad como RNA and Carrington, 1998; Li et al., 1999).
  7. 7. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 9La proteína Hc-Pro es un potente inhibidor el transposón activador (Ac) de maíz, en plantasdel mecanismo de silenciamiento génico en portadoras del gen N (Whithan et at., 1994). Elel sitio de infección. Sin embargo, no elimina análisis de la secuencia del DNA genómicocompletamente el escape de la señal móvil demostró la existencia de 5 exones y 4 intrones(RNA de 25nt) al tejido sin infectar (Mallory (Figura 1). Además demostró que el transcritoet al., 2001). Por esta razón, la infección viral inmaduro sufre corte y empalme (splicing)ocurre pero lentamente. Esta característica, alternativo en el intrón 3, como en otros geneshace que los virus TEV, PVX y PVY sean R de la familia TIR/NBS/LRR (Jordan et al.,muy agresivos al momento de invadir el 2002). Producto de este corte y empalmehospedero y se presume que pueda ser una alternativo se producen dos mRNAs. Uno decaracterística heredable por otros genomas mayor tamaño (Nl) que codifica para una proteínavirales. truncada (Ntr) de 652 amino ácidos (75,3 kDa). La generación de esta proteína pequeña se debeEl gen N de tabaco confiere resistencia a TMV a la presencia de un codón de término de laLa interacción entre TMV-U1 y el producto del traducción ubicado en el exón (proveniente delgen N presente en N. tabacum ha sido un modelo intrón 3) generado a partir del corte y empalmeclásico para el estudio de la respuesta de defensa alternativo (Figura 1). Mediante RT-PCR sede plantas a virus. El gen N fue descrito en N. determinó que el virus es el inductor del corte yglutinosa y posteriormente, utilizando técnicas de empalme alternativo (Dinesh-Kumar et al., 2000).mejoramiento genético convencional, fue transferidoa N. tabacum, otorgando resistencia al género El segundo transcrito (Ns) es mayoritario yTobamovirus en cultivares comerciales de tabaco. codifica para la proteína N completa de 1144 amino ácidos (131,4 kDa). Esta proteína presentaEl gen N se aisló mediante mutaciones de plantas en su región amino terminal (8-150 aminode tabaco NN resistentes al TMV-U1, utilizando ácidos), un dominio TIR o CD (dominio Intron1 Delta Exon Intron4 Exon1 Exon2 Intron2 Exon3 Intron3 Exon4 Exon5 479 1096 273 70 1569 18 pb 240 842 1818 333 Gen N 6659 bp Transcrito NI Proteína, Ntr dominios TIR/NBS 75,3 kDa TIR NBS LRR Transcrito Ns Proteína N, dominio TIR/NBS/LRR 131,4 kDa Figura 1. Esquema del gen N y los transcritos y proteínas que origina. Se indica el número de exones e intrones y el tamaños que posee cada uno de ellos. Se indica el sitio de splicing alternativo en el intrón 3 (Delta exón), los transcritos Nl y Ns (plomo) y las proteínas Ntr y N que se producen. El dominio TIR está codificado por el exón 1, el dominio NBS por el exón 2 y el dominio LRR por el exón 4 y parte del exón 3 (Whitham et al., 1994, Stange , 2004a). Figure 1. Schematic representation of the genomic sequence of the N gene. The genomic sequence of N gene is 6659 pb long and contains 5 exons and 4 introns. The Ns transcript and the Nl transcript produced trough alternative splicing are shown. According to the deduced amino acid sequence of the N receptor, a TIR and NBS domains are found at the N-terminus of the protein. The C-terminal end contains a leucine rich repeat (LRR) domain.
  8. 8. 10 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIAcitoplasmático) con 49 y 55% de homología El fenómeno de termosensibilidad se estudiócon el receptor de interleuquina 1 (IL1R) y con con virus híbridos y se propuso que lasel amino terminal del receptor Toll de temperaturas sobre 28 ºC, debilitan la interacciónDrosophila, respectivamente. Este dominio se entre el activador viral y el receptor,encuentra codificado en el exón 1 (479 pb) del desfavoreciendo de este modo el mecanismogen N. El exón 2 codifica para el motivo NBS, de defensa que desencadena HR en la plantaen el cual se encuentran los motivos P-loop, hospedera (Padgett et al., 1997).kinasa-2 y kinasa 3a. Estos se podrían requerirpara la unión de los nucleótidos ATP o GTP Receptor N y su interacción con la replicasanecesarios para la fosforilación de proteínas. de TMV-U1. Un posible mecanismo de acciónEn el exón 3 comienza el dominio LRR, el cual El TMV-U1 infecta preferentemente solanáceasse encuentra mayoritariamente codificado por y es uno de los 16 virus integrantes del géneroel exón 4. Este dominio posee 14 repeticiones Tobamovirus. Los Tobamovirus son virus dedel consenso LxxLxLxxN/CxL de 26 amino RNA hebra simple y positiva, empaquetadosácidos con intervalos de leucina. El exón 5 por proteínas de cápside (CP).codifica para los últimos cinco amino ácidos Morfológicamente son varillas rectas conde la proteína N. extremos planos de 300 nm de largo.Debido a que la proteína N silvestre carece de Estos virus pueden penetrar pasivamente la plantapéptido señal ni dominios de transmembrana, a través de células dañadas. En la célulapermite sugerir que N es un receptor hospedera, la partícula viral se desensambla ycitoplasmático (Whitham et al., 1994), lo que se traducen las proteínas codificadas en cuatroestá de acuerdo con la replicación de TMV en marcos de lectura abiertos (Dawson 1992). Enel citoplasma celular (Dawson, 1992). el extremo 5 se encuentra codificada la proteína 126 kDa y debido a la presencia de un codónAl expresar completamente el gen N en tomates ámbar también se puede obtener la proteína 183o tabacos que carecen de este gen, se determinó kDa. Ambas proteínas, 126 kDa y 183 kDa,que es necesario y suficiente para conferir cumplen la función de replicasa viral que contieneresistencia a TMV (Whitham et al., 1996). La los dominios de metiltransferasa y helicasa. Estasproteína Ntr es necesaria para desencadenar una son necesarias para la replicación del materialcompleta reacción HR en plantas de tabaco genético. Utilizando la maquinaria de traducciónportadoras del gen N. Sin esta proteína Ntr de la célula infectada, se sintetizan la proteínatruncada, las plantas desarrollan una respuesta de la cápside (PC ) de 17 kDa, la proteína dede resistencia incompleta a TMV-U1 (Dinesh- movimiento (PM) de 30 kDa y una proteína deKumar y Baker, 2000). La respuesta de 54 kDa a partir de los RNAs subgenómicos queresistencia falla, generando lesiones necróticas se encuentran codificados en el RNA viral (vanlocales, y la planta es incapaz de evitar el Regenmortel and Meshi, 1995).movimiento sistémico del virus (Dinesh-Kumary Baker, 2000). Al utilizar virus quiméricos de TMV-U1, se demostró que la región helicasa de la replicasaLa inducción de HR en plantas de tabaco NN, es el factor AVR necesario para inducir HRocurre en respuesta a la infección de TMV-U1 (Padgett et al., 1997). Se determinóy de otros virus del género Tobamovirus. En específicamente que el activador de TMV-U1,general, la HR se manifiesta a bajo 28 ºC. es una región de 50 kDa del dominio helicasaSobre esta temperatura se inhibe la respuesta (Abbink et al., 1998; Erickson et al., 1999). EnHR y el virus se disemina sistémicamente en forma similar al TMV-U1 silvestre, la respuestala planta (Weststeijn, 1981). Al disminuir la obtenida fue termosensible y dependiente deltemperatura a 25 ºC se reestablece la HR, gen N. También se demostró que la helicasaprovocando una muerte celular generalizada, viral presenta actividad ATPásica, y estadebido al reconocimiento sistémico del virus actividad no se requiere para la inducción deen la planta. HR (Erickson et at., 1999).
  9. 9. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 11La interacción entre el activador y el receptor receptor N y que para ello dependa de proteínasN, durante la infección por TMV-U1, aun se del hospedero, como NRG1 y Ntr. En este puntodesconoce. Por lo tanto, se postula la existencia es importante recordar que el receptor N requierede factores del hospedero involucrados en los de la proteína N completa y de otra truncadamecanismos de defensa. Recientemente se (Ntr) para desencadenar HR (Dinesh-Kumar yidentificó la proteína NRG1 mediante Baker , 2000).silenciamiento génico postranscripcional(PTGS). Esta proteína presenta estructura CC- El virus TMV-U1 al infectar la planta induceNBS-LRR y, junto con el receptor N, participaría el corte y empalme alternativo en el intrón 3en la resistencia a TMV (Peart et al., 2005). del gen N, lo que permite la síntesis de laAdemás, algunas proteínas del hospedero proteína Ntr en proporciones balanceadas duranteforman complejos en estado preinfectivo, en el proceso infectivo (Dinesh-Kumar y Baker,ausencia del patógeno. Es probable que las 2000). De este resultado se infiere que la varianteproteínas R puedan actuar como guardianas Ntr (proteína TIR/NBS) interactuaría con elreconociendo el producto AVR a través de este receptor N y posiblemente con otras proteínascomplejo preformado. Varios estudios del hospedero, como NRG1 (CC/NBS/LRR),empleando el receptor RPM1 de resistencia para mediar una respuesta de defensaPseudomonas syringae avalarían esta hipótesis coordinada.(Mackey et al., 2002; Mackey et al., 2002;Leister y Katagiri, 2000). Recientemente se clonó y caracterizó el gen NH, homólogo al gen N, presente en tabacosEn N. benthamina, ha sido posible estudiar el resistentes y sensibles a TMV (Stange, et al.,mecanismo de interacción entre el receptor de 2004). Las plantas de tabaco sensibles quela planta y el activador del patógeno al coexpresar poseen el gen NH producen una respuesta tipo-los dominios del receptor Rx De este modo se HR frente a TMV-Cg, una raza de TMV quelogró demostrar la generación de interacciones infecta preferentemente crucíferas (Eherenfeldintramoleculares entre los dominios LRR y CC et al., 2005; Stange et al., 2004; Yamanaka eten Rx, las cuales se rompen en presencia del al., 1988). A pesar de esta respuesta de defensaactivador de PVX (Moffet et al., 2002). Mutantes local, el virus se mueve sistémicamente. Sede Rx, cuyo motivo giro P (P loop) (G175A, determinó que el gen NH no tiene el sitio deK176A) del dominio NBS se encuentra corte y empalme alternativo en el intrón 3 conmodificado, inhiben la capacidad de Rx de inducir lo que no podría producir una proteína NHtr. SeHR (Bendamahne et al., 2002). Sin embargo, sugiere que la ausencia de NHtr podría ser laesta mutación mantiene inalterada la unión in causa de la respuesta de defensa fallida frentevitro del dominio LRR al dominio CC-NBS del a TMV-Cg (Stange et al., 2004).receptor (Moffet et al., 2002). Estos antecedentesindican que las interacciones del motivo CC y En células animales, se ha comprobado que elLRR al motivo NBS son diferentes entre sí. dominio LRR media la interacción proteína-Además, se determinó que la activación de Rx proteína entre una RNAsa del patógeno y sudependía de la separación de los dominios LRR inhibidor PRI codificado por el hospedero. Lay NBS (Moffet et al., 2002). Estas evidencias estructura terciaria que adopta el dominio LRRpermiten proponer que antes de la infección viral, en PRI es de tipo herradura, debido a los 29el dominio LRR actúa como un regulador LRR que posee (Kobe and Deisenhofer, 1995).negativo de la activación de la respuesta mediada Los LRR presentes en receptores de patógenospor el receptor. en plantas poseen entre 20 a 26 LRR, lo que permitiría que este dominio también adquieraSi aplicamos estos resultados al mecanismo de una estructura beta plegada de media herraduradefensa inducido por el receptor N, se podría (Yoder et al., 1993). En los receptoresproponer que el reconocimiento de la región citoplasmáticos como N, se postula que elhelicasa (p50) de la replicasa 126 kDa de TMV- dominio LRR sería el que conferiríaU1 se produce a través del dominio LRR del especificidad en el reconocimiento del ligando
  10. 10. 12 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIA(Jones and Jones, 1997; Kobe and Kajava, adaptadora. Es posible que una vez que la2001). Es posible que permita la dimerización proteína Ntr es reclutada por el receptor N, secon la proteína Ntr o con otros componentes que desencadenen señales más persistentes paraparticipan en la vía de transducción de señales inducir la respuesta de defensa perse. Ladel reconocimiento viral (Hammond-Kosak and señalización de eventos moleculares productoJones, 1997). de la generación del complejo Receptor- Ntr–activador debería posteriormente declinar,El modelo que justificaría la presencia de posiblemente debido a la transitoriedad de laproteínas truncadas TIR/NBS en plantas se síntesis de la proteína N tr . El mecanismodescribe en la Figura 2. Una vez que el R molecular de cómo realmente se desencadenareconoce al activador, interactúa con éste y con este proceso aún no se ha clarificado.proteínas del hospedero para desencadenar unarespuesta primaria de señalización intracelular. Estos antecedentes avalan la importancia delEn el caso del receptor N, esta activación sería dominio LRR en el establecimiento de unanecesaria y suficiente para inducir la expresión respuesta HR. Sin embargo, esto no demuestra sidel propio receptor y de la proteína truncada este dominio interactúa directamente con el Replicasa TMV Replicasa L TMV Reg - R Reg - R Reg + LRR N N B B N Ntr S S N Reg + NBS TIR TIR TIR Estado preinfectivo Estado infectivo incompatible MyD88 HR y defensa Figura 2. Modelo para explicar las función de las proteínas truncadas TIR/NBS. En un estado preinfectivo el receptor (N) se encontraría inactivo asociado a factores positivos o/y negativos de hipersensibilidad (HR). Una vez que ocurre la infección, el activador (replicasa) es sintetizado en la célula, interactúa con factores del hospedero (reguladores negativos o positivos de HR) y con el receptor (N) desencadenando una respuesta inicial de defensa. Esto permite la inducción del corte y empalme alternativo con la concomitante síntesis de la proteína Ntr. Este factor heterodimerizaría con N y/u otras proteínas adaptadoras tipo MyD88, a través del dominio TIR, para inducir una respuesta de defensa completa (Stange, 2004). Figure 2. Hypothetical model of a preinfective and infective incompatible state in a N-TMV interaction. The N receptor would be inactive in a preinfective state and associated with positive (Reg+) and negative (Reg-) HR factors. Once the infection develops, the AVR elicitor (replicase) is synthesized within the cell, binds to host negative or positive HR factors and indirectly with the N receptor. The viral AVR recognition evolves an initial defence response that induces the alternative splicing of N gene that results in the expression of two proteins, N and Ntr. The Ntr protein does not contain an LRR domain, but could heterodimerize with N receptor or/and other adapter proteins like MyD88 or NRG1, trough the TIR domain to induce a complete defence response (Dinesh-Kumar and baker, 2000; Stange, 2004a).
  11. 11. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 13activador viral. Independiente de la forma de de transcripción de la familia TGA de tipo bZIPinteracción de la proteína N con el activador, se que interactuarían con NPR1 (Kim y Delaney,desencadenarían episodios de transducción de 1999; Zhou et al., 2000). Los factores TGAseñales. Estas incluirían fosforilación de proteínas estarían reconociendo el motivo TGACG presentea través del dominio TIR, de manera similar a en el promotor de genes de defensa comocomo se ha descrito en células animales para los proteínas relacionadas con patogénesis (PR) yreceptores TLR (Toll Like Receptors), RIL1 de glutatión-S-transferasa (GST) (Kim y Delaney,mamíferos y Toll de Drosophila (Muzio et al., 1999). Mutantes de NPR1 en que se ha eliminado2000; Quershi et al., 1999; Schneider et al., 1991). el dominio ankirina, pierden la capacidad de unir algunos TGA, lo que se traduce en la pérdida deEn mamíferos, de los 10 TLR descritos, TLR2 la capacidad de inducir la expresión de PR (Zhouy TLR4 son los más estudiados. Estos reconocen et al., 2000). Mou et al., 2003 determinaron queel LPS y el peptidoglicano de bacterias gram NPR1 permanece en el citoplasma formandonegativas. El dominio TIR de estos receptores oligómeros generados mediante interaccionespresenta una región variable que permite la de puentes disulfuro. En respuesta a lahomodimerización y una región conservada acumulación de ácido salicílico, se activa lainvolucrada en la heterodimerización con otras respuesta de defensa con lo cual se acumulanproteínas con dominios TIR (ej. MyD88). La compuestos antioxidantes. Bajo estas condicionesinteracción con esta molécula adaptadora permite reductoras, NPR1 se disocia a un estadoque se desencadenen señales a través de la monomérico al reducirse los puentes disulfuro.proteína ser/treonina kinasa IRAK, las que Esto se traduce en la translocación del monómerofinalmente convergen en la translocación del de NPR1 al núcleo para inducir la expresión defactor de transcripción NF-kB del citoplasma al genes PR durante HR. Utilizando silenciamientonúcleo y su unión a regiones ikB presentes en génico postranscripcional, mediado por viruspromotores de genes involucrados en la respuesta (VIGS), se determinó que NPR1 es un factorinmune. Este evento permite la activación de la esencial para la ruta de defensa mediada por eltranscripción de genes involucrados en la receptor N en tabacos resistentes a TMV (Liu etrespuesta inmune e inflamatoria (Bauerle, 1991). al., 2002b)En forma similar al mecanismo anterior, se ha Utilizando VIGS también se determinó que lapropuesto que el reconocimiento de la helicasa proteína EDS1 es necesaria para la resistenciade TMV-U1 (activador viral) por el receptor mediada por receptores TIR/NBS/LRR, entreN, activaría factores de transcripción de la los que se encuentra el receptor N (Falk et al.,familia rel (NF-kB). Esto se traduciría 1999). EDS1, clonado y caracterizado en el añofinalmente en la producción de HR (Dinesh- 1999, codifica para una proteína con altaKumar et al., 1995). homología a lipasas eucarióticas. Esta enzima podría estar mediando la hidrólisis de moléculasActualmente, se han encontrado proteínas lipídicas durante la HR. Se comprobó que EDS1análogas a IkB en Arabidopsis y tabaco. La actuaría posteriormente al ácido salicílico y seríaproteína NPR1/NIM1 que es activada por el necesaria para la acumulación del mensajero deácido salicílico reveló la presencia de 4 repetidos PR1 (Falk et al., 1999). Además, se hade ankirina, homólogos a los que se encuentran determinado que participan componentes de laen IkB de mamíferos y cactus de Drosophila vía de degradación de proteínas, previo al estallido(Cao et al., 1997; Ryals et al., 1997). Los oxidativo y muerte celular generada por lamotivos de ankirina en IkB son esenciales para interacción del receptor N con TMV-U1.su interacción con NF-kB, por lo que se ha Mediante el sistema de doble híbrido, sepropuesto que NPR1 interactuaría a través de comprobó la participación de Rar-1, una proteínalos repetidos de ankirina con otras proteínas, con motivo dedos de zinc (Zinc-finger) queposiblemente factores de transcripción. interactúa con factores del complejo multiproteíco COP9 y el complejo SCF para la degradaciónApoyando esta hipótesis, se identificaron factores proteica a través de ubiquitinaciones (Liu et al.,
  12. 12. 14 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIA2002a). Del mismo modo, se demostró la Los virus pueden desarrollar nuevas razas, conimportancia de Rar-1 y de los factores del variantes en proteínas AVR y factores supresorescomplejo COP9 y SCF, mediante el sistema del silenciamiento viral. Esto permite evitarVIGS, en la respuesta de defensa mediada por reconocimiento molecular de las barrerasel receptor N. Sobre la base de antecedentes eventualmente desarrolladas por la plantarecientemente, fue posible asociar al receptor N hospedera. En este sentido, fue posible identificarcon Rar-1, el complejo COP9 y SCF, los que el gen eIF4E como un gen recesivo de resistenciaunirían proteínas con dominio F-box secuestrando a Potyvirus luego de descubrir que el genfactores blancos para la degradación. De este eIF(iso)4E interactúa con la proteína VPg demodo reguladores negativos de la respuesta de ToMV. Posteriormente, este descubrimientodefensa serían degradados a través del complejo permitió utilizarlo como protector de infecciónCOP9–proteasoma (Liu et al., 2002b). viral en cereales (Ruffel et al., 2002; Nicaise et al., 2003; Gao et al., 2004).Estudios recientes realizados en Arabidopsisthaliana, demostraron que la activación de La incorporación de un fragmento de un genMAPK ocurriría previo al aumento de EROS, viral en una planta susceptible es otra técnicaen la ruta de inducción de HR (Ren et al., 2002). posible de utilizar en el desarrollo de nuevosHace pocos años se describió la participación de cultivares resistentes a virus en diferenteslas MAPK, SIPK (salicylic acid-induced protein cultivos. En este caso, una vez infectada lakinase) y WIPK (wounding-induced protein planta hospedera con el virus, se desencadenakinase), en la ruta de defensa mediado por N, las el silenciamiento génico post-transcripcionalcuales aumentaron su nivel de transcripción en (PTGS), evitando la multiplicación del virus yplantas de tabaco Xanthi NN infectadas con reduciendo los daños en la planta.TMV-U1 (Zahng y Klessig, 1998). Medianteensayos in vitro, se reveló la participación de La sobre expresión de genes asociados a másNtMEK, la cual sería responsable de fosforilar de un gen R ha sido también empleada en lae interactuar a través de su dominio amino búsqueda de resistencia a virus. Por ejemplo,terminal con SIPK y WIPK (Jin et al., 2003). la sobre expresión del gen NPR1, bajo un promotor constitutivo (35S del CaMV) aumentaDiscusión y conclusiones la resistencia a varios patógenos bacterianos. Es interesante destacar que se puede obtenerEn casi medio siglo, se ha logrado conocer resistencia a patógenos, aumentando la expresiónparcialmente la compleja interacción entre la de una proteína intermediaria (Ej.: NPR1). Enplanta hospedera y los virus, la que se establece este aspecto, se requieren estudios básicosluego de la infección a nivel celular. adicionales para definir los factores involucrados en las señales de transducción generadas duranteVarias proteínas de la planta hospedera una interacción planta-virus. Este conocimientoparticipan durante el ciclo viral. Algunas de permitirá determinar más factores del hospederoestas proteínas (ej. microtúbulos, filamentos que participan en mecanismos de resistencia,de actina/miosina, calreticulina) facilitan la inducidos por uno o más virus.infección y el movimiento del virus en laplanta. Otras, los receptores codificados por Otras líneas de investigación incluyen lagenes de resistencia, también interactúan con identificación de genes R en plantas modelos yproteínas virales en el mecanismo de en especies de interés agronómico. Es así comoreconocimiento al virus. El reconocimiento en diversas especies se han obtenido análogos adel patógeno por la planta hospedera induce genes de resistencia (RGA) medianteuna respuesta de hipersensibilidad (HR) y amplificaciones (PCR) de regiones conservadasdefensa sistémica. Esto desfavorece el (como NBS y LRR) de genes de resistencia. Estadesarrollo del ciclo viral al impedir la aproximación permitió la identificación de genesdiseminación masiva y sistémica del virus en NBS-LRR de varias especies de mono yla planta hospedera. dicotiledóneas (Shen et al., 1998). Utilizando
  13. 13. VOL 33 No1 ENERO - ABRIL 2006. 15partidores degenerados dol dominio NBS se Arabidopsis thaliana y en especies de las familiaslogró amplificar genes RGA en una amplia gama Solanaceae, Cucurbitaceae y Leguminoseae. Estode plantas como cítricos (Deng et al., 2000), ha contribuido considerablemente a comprendervides (Di Gaspero and Cipriani, 2002) y la compleja interacción planta-virus. La mayoríamanzanas (Balde et al., 2004). En damascos se de los genes R descritos poseen dominios declonaron y caracterizaron secuencias RGAs consenso como LRR (regiones repetidas deasociadas a la resistencia al Plum pox virus (PPV) leucina), NBS (sitios de unión a nucleótidos),(Dondini et al., 2004, Soriano et al., 2005). TIR (dominio homólogo al dominio citoplasmatico del receptor Toll e IL1) y LZEl desarrollo de mapas genéticos con los (cremallera de leucina). Esto sugiere convergenciamarcadores RGAs puede ser una estrategia en los mecanismos de transducción de la señalapropiada para la identificación de regiones de defensa. Los virus evolucionan rápidamentegenómicas asociadas a genes de resistencia (Quint debido a cortos ciclos de replicación y a laet al., 2002; Soriano et al., 2005). existencia de muchos genomas en cada célula; esto a través de numerosas células en cadaSin embargo, aun se desconoce la identidad de hospedero y numerosas plantas hospederastodos los factores, inherentes al hospedero, infectadas. Por esto, los virus han generadoinvolucrados en el ciclo viral. Su conocimiento variantes de genes de avirulencia, lo que lessigue siendo uno de los mayores desafíos de la permite sortear las barreras moleculares devirología. Para facilitar los programas de defensa en plantas. Como estrategia para superarmejoramiento genético, destinados a la obtención la aparición de nuevas razas de virus, las plantasde resistencia a virus en plantas cultivadas, será generan nuevos genes R mediante procesos denecesario mejorar el conocimiento de ésta área. recombinación. También pueden desarrollarAl mismo tiempo, será necesario superar algunas mecanismos de defensa alternativosbarreras gubernamentales antes de masificar la especializados, como silenciamiento génico post-utilización del conocimiento obtenido en el transcripcional. Sin embargo, algunos virus (ej.desarrollo de nuevos cultivares resistentes a virus. Potato virus X) son capaces de suprimir elSólo de este modo se podrá comercializar silenciamiento viral post-transcripcional en elmasivamente los productos agronómicos hospedero. En esta revisión se describen recientesgenéticamente modificados. descubrimientos de la interacción planta–virus y se presenta como modelo, la respuesta deResumen defensa desencadenada en Nicotiana tabacum portadoras del gen N, el que otorga resistenciaLos virus que infectan plantas son generalmente a Tobacco mosaic virus. Se proponen mecanismosde tipo DNA o RNA de cadena simple y positiva. de transducción, que activan la cascada de eventosEl ciclo viral se inicia al penetrar el virus en la moleculares, que conllevan finalmente a lacélula hospedera. Este comienza con el respuesta de defensa a virus en las plantas.desensamblaje, replicación del RNA, traducciónde proteínas, ensamble, liberación, movimiento Palabras clave: Gen N, genes de resistencia,de célula a célula y a larga distancia. El mecanismo de defensa, movimiento viral, virus,conocimiento de los mecanismos de interacción TMV.entre la planta hospedera y el virus, ha progresadoconsiderablemente en los últimos treinta años. AgradecimientosPor ejemplo,se ha determinado la participaciónde componentes del citoesqueleto y de proteínas Agradezco al Dr. Michael Handforddel hospedero en movimiento local (célula a (Universidad de Chile) por aportar en la revisióncélula) y a larga distancia (movimiento sistémico) del manuscrito.de los virus en las plantas. Además, se hancaracterizado numerosos receptores viralescodificados por genes de resistencia (R) y se hadeterminado el mecanismo de defensa en
  14. 14. 16 CIENCIA E INVESTIGACION AGRARIALiteratura citada Physiol. 138:4-6. Borman, A.M., Y.M. Michel, and K.M. Kean. 2000.Abbink, T.E.M., P.A. Tjernberg, J.F. and H.J.M. Biochemical characterisation of cap-poly(A) Linthorst. 1998. Tobacco mosaic virus helicase synergy in rabbit reticulocyte lysates: the eIF4G- domain induces necrosis in N gene-carrying PABP interaction increases the functional affinity tobacco in the absence of virus replication. of eIF4E for the capped mRNA 5’-end. Nucleic MPMI 11:1242-1246. Acids Res. 28:4068-4075.Ahlquist, P., A.O. Noueiry, W.M. Lee, D.B. Kushner, Boulton M.I., H. Steinkellner, J. Donson, P.G. and B.T. 2003. Host factors in positive-strand Markham, D.I. King, and J.W. Davies. 1989. RNA virus genome replication. J. Virol. 77:8181- Mutational analysis of the virion-sense genes 8186. of maize streak virus. J. Gen. Virol. 70(PartAlzhanova, D.V., A.J. Napuli, R. Creamer, and V.V. 9):2309-2323. Dolja. 2001. Cell-to-cell movement and Brommonschenkel, S.H., A. Frary, and S.D. assembly of a plant closterovirus: roles for the Tanksley. 2000. The broad-spectrum tospovirus cápside proteins and Hsp70 homolog. EMBO resistance gene Sw-5 of tomato is a homolog J. 20:6997-7007. of the root-knot nematode resistance geneBalde, P., A. Patocchi, E. Zini, C. Toller, R. Velasco, MPMI 13:1130-38. and M. Komjanc. 2004. Cloning and linkage Bucher, G.L., C. Tarina, M. Heinlein, F. Di Serio, F. mapping of resistance gene homologues in apple. Meins and V.A. Iglesias. 2001. Local expression Theor. Appl. Genet. 109:231-239. of enzymatically active class I beta-1,3-glucanaseBarry, J.K., and W.A. Miller. 2002. A 21 ribosomal enhances symptoms of TMV infection in frameshift element that requires base pairing tobacco. The Plant Journal 28:361-369. across four kilobases suggests a mechanism of Buck, K.W. 1999. Replication of tobacco mosaic regulating ribosome and replicase traffic on a virus RNA. Philos. Trans. R Soc Lond B Biol viral RNA. Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) Sci 354:613-627. 99:11133-11138. Cao, H., J. Glazebrook, J.D. Clarke, S. Volko, andBauerle, P.A. 1991. The inducible transcription X. Dong. 1997. The Arabidopsis NPR1 gene activator NfkB: regulation by distinct protein that controls systemic acquired resistance subunits . Biochem. Biophys. Acta 1072:63-80. encodes a novel protein containing ankirinBaulcombe, D.C. 2000. Unwinding RNA silencing. repeats. Cell 88: 57-63. Science 290:1108-1109. Caranta C., A. Palloix, S.K. Gebre, V. Lefebvre, B.Beffa, R.S., R.M. Hofer, M. Thomas, and F. Meins. Moury, A.M. Daubeze. 1996. A complementation 1996. Decreased susceptibility to viral disease of two genes originating from susceptible of beta-1,3-glucanase-deficient plants generated Capsicum annuum lines confers a new and by antisense transformation. The Plant Cell complete resistance to Pepper veinal mottle 8:1001-1011. virus. Phytopathology 86:739-743.Bendahmane, A., K. Kanyuka, and D. Baulcombe. Carrington J.C., K.D. Kasschau, S.K. Mahajan, and 1999. The Rx gene from potato controls separates M.C. Schaad. 1996. Cell-to-cell and long- virus resistance and cell death responses. The distance transport of viruses in plants. The Plant Plant Cell 11:781-791. Cell 8:1669-1681.Bendahmane, A., M. Querci, K. Kanyuka, and D.C. Carrington, J.C. 2000. RNA silencing-moving targets. Baulcombe. 2000. Agrobacterium transient Nature 408:150-151. expression system as a tool for the isolation of Chen, M.H., G.W. Tian, Y. Gafni, and V. Citovsky. disease resistance genes: application to the Rx2 2005. Effects of calreticulin on viral cell-to-cell locus in potato. The Plant Journal 21:73-81. movement. Plant Physiol 138:1866-1876.Bendahmane, A., G. Fernham, P. Moffett, and D.C. Chisholm, S.T., S.K. Mahajan, S.A. Whitham, M.L. Baulcombe. 2002. Constitutive gain of function Yamamoto, and J.C. Carrington. 2000. Cloning mutants in a nucleotide binding site-leucine rich of the Arabidopsis RTM1 gene, which controls repeat protein encoded at the Rx locus of potato. restriction of longdistance movement of The Plant Journal 32:195-204. Tobacco etch virus. Proc. Natl. Acad. Sci.Bent, A.F. 1996. Plant disease resistance genes: (USA) 97:489-94. Function meets structure. The Plant Cell Citovsky, V., B.G. Mclean, J.R. Zupan, and P. 8:1757-1771. Zambryski. 1993. Phosphorylation of tobaccoBoevink P., and K.J. Oparka. 2005. Virus-host mosaic virus cell-to-cell movement protein interactions during movement process. Plant by a developmentally regulated plant cell
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