VIRUS FITOPATÓGENOS. 1. Historia

Transcripción

1 VIRUS FITOPATÓGENOS Los virus son patógenos infecciosos demasiado pequeños para ser vistos en el microscopio de luz, pero que a pesar de su tamaño son capaces de causar un caos. Las formas más simples de virus están compuestas por una pequeña porción de ácido nucleico rodeado de una cubierta proteica (o envoltura proteica o cápside). Como en el caso de otros organismos, los virus portan información genética en sus ácidos nucleicos, los cuales típicamente codifican tres o más proteínas. Todos los virus son parásitos obligados que dependen de la maquinaria celular de sus hospedantes para reproducirse. Los virus no son activos fuera de sus hospedantes (o huésped u hospedero), lo cual ha llevado a que muchos sugieran que no son organismos vivos. Todos los tipos de organismos vivos incluyendo animales, plantas, hongos y bacterias son hospedantes de virus, pero la mayoría de los virus infecta solo un tipo de hospedante. Los virus causan muchas e importantes enfermedades vegetales y son responsables por pérdidas en el rendimiento y la calidad de los cultivos en todas partes del mundo. (APS, 2013) 1. Historia Según APS, (2013), los comienzos de la virología vegetal se remontan a finales del siglo XIX, cuando el microbiólogos investigaban la causa de una misteriosa enfermedad del tabaco, lo que distinguía a este agente de otros agentes causales de enfermedades era su tamaño mucho menor al de otros microorganismos. Este agente, posteriormente denominado virus del mosaico del tabaco (Tobacco mosaic virus - (TMV), fue el primer virus en ser descrito. Desde entonces, un gran número de diversos virus han sido encontrados en plantas, animales, hongos y bacterias. El número actual de virus reconocidos es cerca de 4,000, de los cuales cerca de 1,000 son virus vegetales. La principal razón por la cual se estudian los virus vegetales es el impacto negativo que las enfermedades virales tienen en la producción de los cultivos. Históricamente, los virus han sido percibidos como una amenaza casi exclusiva a la sanidad humana, animal y vegetal. Los recientes progresos como resultado de un mayor entendimiento de las interacciones virus-hospedante han transformado a los virus en importantes herramientas biomédicas y biotecnológicas. Por ejemplo, los virus vegetales se usan para producir en las plantas grandes cantidades de proteínas de interés para desarrollar vacunas seguras y de bajo costo contra virus humanos y animales 2. Biología Básica de los virus fitopatógenos Los virus representan no sólo otro grupo de patógenos, sino una forma de vida fundamentalmente diferente. A diferencia de otros organismos vivos, los virus son nocelulares. En contraste a las células, que se multiplican dividiéndose en células hijas, los virus se organizan a partir de sus propios componentes estructurales. Las partículas virales maduras están inactivas; se activan y replican sólo dentro de las células infectadas.

2 En otras palabras, los virus son parásitos obligados que no pueden ser mantenidos en los medios de cultivos apropiados para células bacterianas, fúngicas, vegetales o animales. Todos los virus están desprovistos de las maquinarias celulares para sintetizar proteínas y producir energía. Como regla general, las partículas virales son inmóviles fuera del hospedante infectado; necesitan de la ayuda de otros organismos o del ambiente para su diseminación (APS, 2013). 3. Replicación Según APS, (2013), como en cualquier otro organismo, la información para la replicación de los virus está contenida dentro de sus genomas aunque el material genético de la mayoría de los organismos consiste en ADN de cadena doble (ADNcd), solo una minoría de los virus vegetales posee genomas de ADNcd. Los genomas de otros virus vegetales están compuestos de ADN de cadena simple (ADNcs). Sin embargo, la mayoría de los virus vegetales no utilizan ADN en ningún momento. En cambio, los genomas de casi todos los virus vegetales están constituidos de ARN. La mayoría de estos genomas están compuestos de ARN de cadena simple (ARNcs) que tienen la misma polaridad (sentido positivo) que las moléculas de ARN mensajero de la célula. Algunos virus de ARN utilizan ARNcs de polaridad negativa, y algunos otros tienen genomas compuestos de ADNcd. Debido a la enorme variabilidad en la naturaleza del material genético de los virus, los ciclos replicativos de diferentes virus son frecuentemente muy distintos entre sí. Dado que los virus vegetales son parásitos biotróficos obligados, sus ciclos de vida comienzan con la penetración del virión a la célula. Los virus vegetales no pueden penetrar por sí solos la cutícula y la pared celular de las plantas. Se cree que el virión ingresa al citoplasma de la célula en forma pasiva, a través de heridas causadas por daño mecánico en la cutícula y pared celular. El paso siguiente en la infección viral es la remoción parcial o total de la cubierta proteica del virión en el citoplasma. Luego, la célula interviene en la expresión del genoma viral proveyendo un aparato de transcripción (para los virus de ADN) y un aparato de traducción (para todos los virus). Los virus de ADN deben ser transportados al núcleo para la transcripción y de esta manera tener acceso a las proteínas celulares necesarias para la producción de ARN mensajero a partir de ADN viral. La traducción de ARN viral en el citoplasma produce proteínas virales que son necesarias para completar el ciclo de vida del virus (APS, 2013). Todos los virus deben formar al menos tres tipos de proteínas: proteínas de replicación esenciales para la producción de ácidos nucleicos, proteínas estructurales que conforman la cubierta proteica y otros componentes de los viriones, y proteínas de movimiento que sirven de intermediarias en el transporte de los virus entre las células vegetales. Las proteínas de replicación viral se combinan con las proteínas celulares para producir un complejo de proteínas que fabrican múltiples copias del genoma viral. Estos nuevos genomas interactúan con las proteínas estructurales para formar nuevos viriones (APS, 2013).

3 El paso siguiente en el ciclo de reproducción viral es el movimiento del virus a las células vecinas. Dependiendo del tipo de virus, el transporte de los genomas virales o los viriones a las células vecinas se produce a través de pequeños canales, llamados plasmodesmos, que forman conexiones entre las células. Muchos virus producen proteínas de movimiento que modifican los canales plasmodesmáticos y posibilitan el movimiento viral hacia las células circundantes (APS, 2013). 4. Supervivencia y diseminación La supervivencia a largo plazo (incluso por décadas) de relativamente pocos virus, tales como TMV, se da en el ambiente o por la transmisión mecánica pasiva de una planta a otra. La mayoría de los virus vegetales son transmitidos en forma activa de una planta infectada a otra sana por un organismo vivo, llamado vector. Los artrópodos herbívoros, nematodos, y hongos fitófagos son los principales tipos de vectores de virus vegetales. Entre ellos, los áfidos y las moscas blancas tienen la capacidad de transmitir el mayor número de especies de virus. La mayoría de los virus se transmiten activamente por vectores a plantas sanas en cuestión de segundos, horas o días. Además, algunos virus se transmiten a partir plantas infectadas cuando éstas son propagadas vegetativamente, por ejemplo, como tubérculos o injertos. También, puede haber transmisión vertical a partir de semillas o polen de plantas infectadas. Este tipo de transmisión es particularmente importante para la supervivencia invernal de los virus. (APS, 2013). La transmisión de los virus a través de un vector es un proceso sumamente específico. Cada virus puede transmitirse solamente por un tipo de vector (por ejemplo, áfido) y no por otro (por ejemplo, mosca blanca). Contrariamente, cada especie de vector (por ejemplo el áfido verde del durazno Myzus persicae) puede transmitir algunos virus (por ejemplo, el virus amarillo de la remolacha, obeet yellow virus) pero no otros (por ejemplo, el virus de la tristeza de los cítricos, o Citrus tristeza virus), a pesar de que estos virus son genéticamente muy similares entre sí (APS, 2013). Según APS, (2013), la interacción entre un virus y su vector especifico, da como resultado la transmisión viral, varía entre diferentes vectores. Las relaciones que se dan entre los virus y sus vectores son complejas y de gran interés para los virólogos vegetales ya que los vectores proveen el principal modo de dispersión de muchos de los virus que causan importantes pérdidas económicas. Para algunas combinaciones de virus-vector, la interacción entre el virus y su vector es muy superficial y es el resultado de la fijación del virus a las superficies externas de las partes bucales del vector. Por ejemplo, los virus del genero Potyvirus producen una proteína especial llamada componente ayudante ( helper component ) que actúa como adhesivo entre los viriones y los estiletes de los áfidos. En este caso, la adquisición del virus a partir de plantas infectadas y la inoculación del virus en plantas sanas toma de segundos a minutos (Agrios, 1999), contrariamente, los virus de la familia Luteoviridae circulan en sus vectores (áfidos) moviéndose a través de la pared intestinal (o: hemocel) hacia la cavidad corporal, y recién así pasa a la saliva del áfido (APS, 2013).

4 A estos virus, les toma cerca de doce horas dentro de su vector (áfido) antes de poder ser transmitidos a otra planta. Para otros vectores de virus vegetales, la relación es muy íntima y los virus en realidad se multiplican dentro de las células de sus insectos vectores. Por ejemplo, el virus del marchitamiento moteado del tomate (Tomato spotted wilt virus) se multiplica en las células de su vector (thrips), y una vez que los thrips adquieren el virus lo pueden transmitir mientras vivan. Debido a que las prácticas de manejo de enfermedades con frecuencia están diseñadas para controlar a los vectores, entender el proceso de transmisión viral es de suma importancia para el desarrollo de estrategias efectivas de manejo de enfermedades causadas por virus vegetales (APS, 2013). 5. Interacciones Planta-Virus En teoría, los virus pueden infectar todas las especies de plantas cultivadas y silvestres. Sin embargo, los rangos de hospedantes de cada virus son variables, pudiendo ser muy reducidos o muy amplios. Por ejemplo, el virus de la tristeza de los cítricos (Citrus tristeza virus) infecta solamente a pocas especies del género Citrus, mientras que el virus del mosaico del pepino (Cucumber mosaic virus) afecta a más de 1000 especies en 85 familias de plantas. La susceptibilidad o resistencia de las especies y cultivares vegetales a los virus está determinada principalmente por el genotipo del hospedante. Las plantas poseen mecanismos activos y pasivos para prevenir la infección viral. Las defensas pasivas se dan cuando la planta no produce uno o más de los factores requeridos para la reproducción del virus y su dispersión en el hospedante. Las defensas activas incluyen la detección y destrucción de células infectadas con el virus, y son producidas por genes de resistencia específicos en la planta. Normalmente, los genes de resistencia son efectivos solamente contra un virus en particular. Además, las plantas poseen un sistema general de defensa comparable con el sistema inmune animal. La principal diferencia entre ambos es que el sistema inmune animal actúa sobre las proteínas del patógeno, mientras que el sistema de defensa vegetal, conocido como silenciamiento por ARN ( RNA silencing ), detecta y degrada las moléculas de ARN viral (APS, 2013). Según APS, (2014), dependiendo de la combinación especial de virus y hospedante, y de las condiciones ambientales, la respuesta vegetal a una infección puede ser desde asintomática hasta enfermedad severa y muerte de la planta. En algunos casos, en el lugar de infección se desarrollan lesiones localizadas (pequeños puntos cloróticos y necróticos) en la mayoría de los casos, los virus se dispersan a través de toda la planta causando una infección sistémica. Los síntomas foliares típicos de enfermedades virales incluyen patrones de mosaico, lesiones cloróticas o necróticas, amarillamiento, estrías o franjas, descoloración y formación de bandas en las nervaduras y enrollamiento y curvatura foliar. Los síntomas florales incluyen deformación y cambio en el color de las flores, con posible mosaico, llamado corrimiento o quebrado del color los síntomas en frutos y otros órganos vegetales incluyen patrones de mosaico, achaparramiento, descoloración o malfor-

5 mación, y anillados cloróticos. Los tallos de las plantas pueden desarrollar quebraduras, hundimientos y tumores en respuesta a la infección viral. Cuadro 1. Diagnóstico de enfermedades causadas por virus vegetales Característica Patogenicidad Transmisibilidad Arquitectura de las partículas virales Aplicación Bioensayos que usan plantas indicadoras. Algunos géneros vegetales, tales como Nicotiana (tabaco) y Chenopodium (quinoa) son hospedantes de un gran número de virus. Debido a que estas plantas tienen respuestas consistentes y distintivas a las infecciones virales en condiciones de invernáculo, es común usarlas como plantas indicadoras Muchos de los virus vegetales son transmisibles a plantas indicadoras por medio de transmisión mecánica o por injertos. Ensayos de transmisión por vectores. Debido a la especificidad del vector, la identificación del organismo que transmite al virus provee información importante para la identificación del virus. La forma y tamaño de los viriones diferencia partículas en forma de barra, filamentosas, icosaédricas o partículas grandes con envoltorios, por el contrario, es difícil distinguir a los virus que tienen la misma forma y tamaño. Por ejemplo, es difícil distinguir entre pequeños virus esféricos, y entre estos y los ribosomas vegetales. Presencia de estructuras especificas del virus en células infectadas Propiedades de la cubierta proteica Propiedades de los ácidos nucleicos virales Adaptado de Guzmán et al, (2009). Debido a su íntima asociación con los componentes celulares, frecuentemente los virus producen, como resultado de la infección, estructuras inusuales dentro de las células vegetales. Por ejemplo, los virus de la familia Potyviridae producen inclusiones en forma de rueda de molino características de los virus de esa familia pero que no se encuentran ni en células sanas ni en células infectadas con otros virus. Estos experimentos se basan en la identificación de un virus (el antígeno) a través de la reacción con sus anticuerpos específicos. Los anticuerpos específicos son producidos por un animal cuando proteínas foráneas son introducidas en éste. Uno de los métodos más utilizados para el diagnóstico de virus vegetales está basado en el uso de anticuerpos. La reacción en cadena de la polimerasa es una técnica muy sensible y específica para la detección de virus. Está basada en la presencia de secuencias únicas en el ácido nucleico del genoma de cada virus.

6 REFERENCIAS Agrios, G.N, 2005, fitopatología, 2da edición. México, Limusa, 952 p. Agrios G. N Fitopatología. Segunda edición, quinta reimpresión. Ed. Limusa Grupo, Noriega Editores. México. 838 p. American Phytopathological Society -APS-. Introductory Plant Pathology Resources. APSnet. Introduction to the Major Pathogen Groups. Introduction to Plant Viruses, the Invisible Foe (Version en español). [Consultado enero 2014]. Disponible en: aspx Arauz. C. L, F Fitopatología, un enfoque agroecológico. Universidad de Costa Rica. 467 p. González. L. C Introducción a la fitopatología. 1a, ed. 4a, reimpresión. San José de Costa Rica. IICA. [Consultado enero 2014]. Disponible en; os+fitopatogenos+caracteristicas+generales&source=bl&ots=fs8s6xtglg&sig=jo9ms7xk AkgZ3l2u2jIjuf5iwd8&hl=es- 419&sa=X&ei=8APKUZKJH8ex4APQqIHIBA&ved=0CFUQ6AEwBg#v=onepage&q&f=true Pogue, G.P., J.A. Lindbo, S.J. Garger, y W.P. Fitzmaurice Making an ally from an enemy: plant virology and the new agriculture. Annual Review of Phytopathology 40: p. Rivera. C. G Conceptos introductorios a la fitopatología. San José de Costa Rica. EUNED. 346 p. [Consultado enero 2014]. Disponible en; fitopatologia&source=bl&ots=OPRK-4hH_l&sig=PQbPd5o2HF- lqeruwo42jd3otc8&hl=es- 419&sa=X&ei=FeITU7a6DIajkQeKzYHACA&redir_esc=y#v=onepage&q=Rivera%202007% 20fitopatologia&f=true