“Los avances en el conocimiento, desarrollan trabajos que la simple idea de aprovecharlos para producir, pueden resultar interesantes. Puesto que no solo sería en beneficio de la ciencia o alguna investigación en particular, sino también para el ser humano”.

Por: Centro de Biotecnología y Genómica de las Plantas

Fernando Ponz Ascaso – Investigador/Científico/INIA

Tamara Castaño Velasco – Estudiante

Raúl Collado Granero – Estudiante

Débora Fernández Moreno – Estudiante

David Gil Cantero – Estudiante

Ivonne González Gamboa – Estudiante de doctorado

Oussama Khiari – Científico visitante

Flora Sánchez Sánchez – Investigador INIA

Papaiah Sardaru – Estudiante de doctorado

Edith Velázquez Lam – Estudiante de doctorado

Carmen Yutse Calvo – Estudiante de doctorado

Lucia Zurita Crespo - Técnico

Los virus nos muestran una amplia gama de oportunidades para ser objetos o herramientas de la biotecnología vegetal. Por un lado, son patógenos intracelulares imposibles de combatir químicamente, por lo que parece difícil la lucha contra ellos, debido a que requieren diferentes enfoques en la que deben involucrarse componentes biotecnológicos.

Como por ejemplo: la explotación de tecnologías de base molecular para la detección, diagnóstico y/o tipificación del virus. El despliegue de resistencias naturales o transgénicas a los virus, que también exigen una amplia gama de tecnologías moleculares, que resultan útiles para la caracterización genómica estructural de las variedades vegetales.

Mientras que los virus de las plantas, por su parte, son organismos desarrollados para interactuar con los componentes de las plantas. Por lo que, con dichas interacciones, se conducen frecuencia alteraciones fisiológicas o de desarrollo del huésped. Aunque tienen una ventaja útil, de estar incorporados para comprender y modificar de manera potencial la interacción entre sí (entiéndase como los síntomas de infección), como lo es la fisiología o desarrollo de plantas con diferentes propósitos.

Al final, los virus pueden ser un vehículo eficaz para la expresión génica conjunta, en plantas explotadas como biofábricas y sus formas encapsuladas (viriones), ya que son nanoestructuras altamente complejas y estables, que sirven como base para el desarrollo de múltiples aplicaciones nanobiotecnológicas.

Los Virus multinivel para su desarrollo biotecnológico. Diagnóstico y tipificación viral. Genómica estructural de virus, patógenos y variedades vegetales.

Al obtener y validar los nuevos marcadores moleculares del tomate, ligado a los genes de resistencia a patógenos, se pueden incluir, con el fin de que sean aplicados en pruebas de distinción, uniformidad y estabilidad (DUS), esto sirve, para las solicitudes de derechos de obtentor.

Interacciones planta-virus.

Dentro de los estudios de interacciones con plantas superiores, subyacentes o inducidos por la infección de virus, se ha explotado hasta la fecha, el patosistema, que está formado por la planta modelo Arbidopsis thaliana y el virus del mosaico del nabo (TuMV), un potyvirus.

TuMV, hace que la mayoría de las proteínas sean virales a través del procesamiento de una poliproteina codificada. En los últimos 5 años, los resultados arrojados en esta área, se enfocan en los determinantes virales de la patogenicidad, es decir, el lado de la enfermedad de la infección viral y la respuesta de la planta infectada por la transmisión del virus.

Como se ha mencionado, los virus son patógenos intracelulares que inducen con frecuencia a la enfermedad en la planta infestada. Si existen diferentes virus interconectados, inducirán a diversas enfermedades, esto pasa incluso con diferentes cepas del mismo virus con el uso combinado de clones infecciosos virales (clones de genomas virales), mutagenésis e intercambios genómicos entre diferentes virus o cepas virales (virus quiméricos). Que permiten la examinación precisa de los factores concluyentes de la patogenicidad viral para los síntomas específicos de la enfermedad.

Para TuMV la selección de variantes del virus que supere la resistencia, implica que los genes de la planta junto con factores de iniciación de la traducción, muestran la participación de la región que codifica la proteína ligada al genoma viral (VPg). Lo que determina la especificidad de la resistencia, así como los resultados que sugieren que dichas variantes de TuMV podrían emplear una vía independiente del F4F, lo que representa una nueva alternativa para un potyvirus.

Al utilizarse dos cepas distintas de TuMV, se caracterizaron los diferentes síntomas, como las diversas presentaciones en el estado oxidativo inducido por ellos. En etapas tempranas, se encontraron disparidades en varios genes asociados con la senescencia vinculada a redes reguladoras específicas, como la divergencia persistente en la producción de especies reactivas de oxigeno (ROS) y sistemas de barrido. Por otra parte, en etapas posteriores, ambas cepas indujeron la competencia de nutrientes, esto indica que las tasas de senescencia están influenciadas por otros mecanismos sobre las infecciones virales. Así mismo se encontraron progresiones diferenciales de la senescencia y la acumulación de ROS entre las cepas, las que se basan en una vía intacta de ácido salicílico.

Los efectos de diferentes cepas de virus de mosaico de nabo, en el desarrollo de Col-0 de Arabidopsis, se han comparado con plantas infectadas con el tampón B, infectadas con JPN 1 e infectadas con UK 1. De ellas se tomaron imágenes con macetas inclinadas a un lado y las plantas se colocaron ahí, para no mostrar efectos reptantes de una planta infectada con JPN1. La cual, muestra el efecto de arrastre inducido en un primer plano con el objetivo de mostrar en mejor tamaño y comparación la arquitectura global.

Esto comprueba que las infecciones TuMV afectan muchos de los rasgos del desarrollo de la planta, un aspecto que no ha recibido gran atención hasta el momento, en los estudios de interacción planta-virus. Además en las pruebas de las cepas de TuMV antes mencionadas, de manera diferencial tienen efectos en el desarrollo de la planta incluyendo muchos rasgos del desarrollo. Entre ellos está: el alargamiento del tallo de la flor, así como el componente principal de este efecto para el cistrón P3 de la poliproteína viral en una de las regiones genómicas más variable del genoma del virus.

Por todo ello, se han revelado las grandes diferencias en el número de genes afectados por las diferentes infecciones a mediano plazo, aunque no hay cambios significativos en temporadas tempranas.

Vectores virales y bionanotecnologías.

Las nanopartículas recombinantes alargadas y flexuosas se derivaron de TuMV, las cuales se utilizaron como bioscaffolds, que sirven para aumentar la inmunogenicicidad de péptidos y la detección de anticuerpos precisos de péptidos.

Para ello, se fusionaron péptidos de 20 aminoácidos derivados del receptor 3 del factor de crecimiento endotelial vascular humano (VEGFR-3), a la región N-terminal de la proteína de cobertura del virus del mosaico del nabo (CP), a través de la inserción genética. Gracias a las infecciones sistémicas recombinadas se lograron construcciones en plantas que generaron nanopartículas virales identificables (VNP).

Al utilizar estos VNP, para inmunizar ratones, se observó un aumento considerable en la respuesta inmune hacia el periodo VEGFR-3 en suero, que ha sido una aplicación desarrollada por primera vez. Esto hace que las partículas virales de TuMV, también puedan actuar como bioscaffolds para la nanoinmovilización de enzimas, de manera tal, que la actividad enzimática se preserva o podría incrementar. A través de la inmovilización de la lipasa B de Cándida Antártica en nanonetas derivadas del virus, esto ha sido comprobado al agregar covalentes enzimáticos.

Las micrografías electrónicas de preparaciones de VNP TuMV recombinantes y no recombinantes VEGFR-3, tienen la morfología típica de las partículas de potyvirus. En la que los aumentos son mayores por la muestra de viriones TuMV no recombinantes y que no están decorados con anticuerpos policlonales contra el péptido VEGFR-3, mientras que VEGFR-3-TuMV, están altamente decorados, revelando así, la presencia del péptido en el VNP superficie.

Gracias al financiamiento de I + D, se ha logrado llevar a cabo este estudio, en conjunto con Plan Nacional de I + D + i, el Programa de Recursos Agrícolas y Tecnologías (del programa RTA), Programa de Acciones Integradas (cooperación bilateral con otros países), Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marítimo (MARM), el Acuerdo INIA-MARM de apoyo técnico en temas relacionados con las variedades vegetales, Financiación Europea, Programa de Cooperación en Ciencia y Tecnología (programa COST), Programa de la Oficina Comunitaria de Variedades Vegetales (OCVV).