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High Throughput Sequencing (HTS) – based identification and characterization of Geminiviridae family members in weeds associated with the tomato crop in Brazil

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Lima, Eduardo Soares da Silva
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Tomate - cultivo
Doenças e pragas
Vírus de plantas
Link de acesso: http://repositorio.unb.br/handle/10482/49143
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, 2023.
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spelling High Throughput Sequencing (HTS) – based identification and characterization of Geminiviridae family members in weeds associated with the tomato crop in BrazilTomate - cultivoDoenças e pragasVírus de plantasDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, 2023.The tomato (Solanum lycopersicum L.) crop has great economic and social importance for Brazil. Production of this vegetable is affected by many diseases, including those induced by Begomovirusspecies (family Geminiviridae). The Chapter 1 presents a review of these pathogens and the diseases they induce. In addition to tomato, begomoviruses have a wide range of hosts across different botanical families. Many weeds are natural hosts, playing an important role as reservoirs for this group of pathogens. Begomoviruses are transmitted by the Bemisia tabaci species complex, which are characterized by having a wide geographic distribution and being extremely polyphagous. These characteristics of the vectors increase the potential for mixed viral infections and for events of recombination and pseudo-recombination. Such events provide an increase in the variability of the viral populations, including the emergence of novel species and viral variants capable of overcoming resistance factors present in commercial varieties. In this context, monitoring viral diversity in tomato fields and in associated weeds is extremely important for effective management of these pathogens. Different molecular strategies have been employed for large-scale identification and characterization of begomoviruses, including High Throughput Sequencing (HTS) platforms. Herein, a broad metagenomics analysis of single-stranded, circular DNA viral species of the Geminiviridae family (especially from the genus Begomovirus) was conducted in weeds frequently occurring in tomato fields. Plants from the families Malvaceae, Euphorbiaceae, Amaranthaceae, Solanaceae, Asteraceae, Rubiaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Cucurbitaceae, Convolvulaceae, and Brassicaceae were collected in field surveys carried out in all five Brazilian regions. In Chapter 2, 91 foliar samples of weeds exhibiting begomovirus-like symptoms (mosaic, mottled, chlorotic sectors, and dwarfism) were selected according to the year and collection site. Samples were collected in production areas and areas in the vicinity of tomato fields between 2003 and 2022. The samples were subjected to total DNA extraction, which was used as a template for performing Rolling Circle Amplification (RCA) assays. The selected samples were submitted to PCR tests with specific primers targeting conserved genomic regions of begomoviruses. The RCA pool was assembled with positive PCR samples and sent for sequencing on an Illumina Nova Seq 6000 platform aiming to obtain viral genomes. For botanical identification of the host species, the DNAs of a subgroup of weed plants were used as template in PCR assays using primers targeting the Rubisco and/or Maturase K barcoding genes. After the assembly and recovery of 100 contigs, 20 corresponded to 15 new species that are currently being characterized biologically and molecularly. In Chapter 3, the complete genome of a genetically distinct isolate representing a potential new species (denominated CE–076) was retrieved via HTS and validated via Sanger sequencing. This potential new virus displayed identity of 85.87% with tomato bright yellow mottle virus (ToBYMV) and it was detected infecting a novel Fabaceae host species – Bolusafra bituminosa. The information generated in the present dissertation can contribute to the establishment of management systems and generate information of interest on viral diversity for tomato breeding programs. Furthermore, the present work confirms the epidemiological importance the weed plants as reservoirs of viral species described infecting tomato as well as a potential role in the genetic evolution of populations of this group of pathogens in Brazil.A cultura do tomateiro (Solanum lycopersicum L.) tem grande importância econômica e social para o Brasil. A produção dessa hortaliça é afetada por diversas doenças, inclusive as induzidas por espécies de Begomovirus(família Geminiviridae). O Capítulo 1 apresenta uma revisão desses patógenos e das doenças que eles induzem. Além do tomateiro, os begomovírus têm uma ampla variedade de hospedeiros em diferentes famílias botânicas. Muitas plantas daninhas são hospedeiras naturais, desempenhando importante papel como reservatórios desse grupo de patógenos. Os begomovírus são transmitidos pelo complexo de espécies Bemisia tabaci, que se caracterizam por terem ampla distribuição geográfica e serem extremamente polífagos. Essas características dos vetores aumentam o potencial para infecções virais mistas e a ocorrência de eventos de recombinação e pseudorecombinação. Tais eventos contribuem para o aumento da variabilidade genética das populações virais, incluindo o surgimento de novas espécies e de variantes virais capazes de superar os fatores de resistência presentes nas variedades comerciais. Nesse contexto, o monitoramento da diversidade viral nas lavouras de tomate e nas plantas daninhas associadas é de extrema importância para o manejo eficaz desses patógenos. Diferentes estratégias moleculares têm sido empregadas para identificação e caracterização em larga escala de begomovírus, incluindo plataformas de High Throughput Sequencing (HTS). Aqui, uma ampla análise metagenômica de espécies virais de DNA circular de fita simples da família Geminiviridae (especialmente do gênero Begomovirus) foi realizada em plantas daninhas que ocorrem frequentemente em plantações de tomate. Plantas das famílias Malvaceae, Euphorbiaceae, Amaranthaceae, Solanaceae, Asteraceae, Rubiaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Cucurbitaceae, Convolvulaceae e Brassicaceae foram coletadas em levantamentos de campo realizados nas cinco regiões brasileiras. No Capítulo 2, foram selecionadas 91 amostras foliares de plantas daninhas com sintomas de begomovírus (mosaico, mosqueado, setores cloróticos e nanismo) de acordo com o ano e o local de coleta. As amostras foram coletadas em áreas de produção e áreas próximas a plantações de tomate entre 2003 e 2022. As amostras foram submetidas à extração de DNA total, que serviu de molde para a realização dos ensaios de Rolling Circle Amplification (RCA). As amostras selecionadas foram submetidas a testes de PCR com primers específicos visando amplificar regiões genômicas conservadas de begomovírus. O pool de RCA foi montado com amostras de PCR positivas e enviado para sequenciamento em uma plataforma Illumina Nova Seq 6000 com o objetivo de obter genomas virais. Para a identificação botânica das espécies hospedeiras, os DNAs de um subgrupo de plantas daninhas foram usados como molde em ensaios de PCR usando primers direcionados aos genes barcoding Rubisco e/ou Maturase K. Após a montagem e recuperação de 100 contigs, 20 corresponderam a 15 novas espécies que estão sendo caracterizadas biológica e molecularmente. No Capítulo 3, o genoma completo de um isolado geneticamente distinto representando uma nova espécie em potencial (denominado CE–076) foi recuperado via HTS e validado via sequenciamento de Sanger. Este potencial novo vírus exibiu uma identidade de 85,87% com o ToBYMV (tomato bright yellow mottle virus) e foi detectado infectando uma nova espécie hospedeira de Fabaceae – Bolusafra bituminosa. As informações geradas na presente dissertação podem contribuir para o estabelecimento de sistemas mais eficientes de manejo e gerar informações de interesse sobre diversidade viral para os programas de melhoramento do tomateiro. Além disso, o presente trabalho confirma a importância epidemiológica das plantas daninhas como reservatórios de espécies virais descritas infectando o tomateiro, bem como um potencial papel na evolução genética de populações desse grupo de patógenos no Brasil.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Departamento de Fitopatologia (IB FIT)Programa de Pós-Graduação em FitopatologiaCarvalho, Rita de Cássia PereiraLima, Eduardo Soares da Silva2024-07-24T11:35:12Z2024-07-24T11:35:12Z2024-07-242023-04-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfLIMA, Eduardo Soares da Silva. High Throughput Sequencing (HTS)–based identification and characterization of Geminiviridae family members in weeds associated with the tomato crop in Brazil. 2023. 97 f., il. Dissertação (Mestrado em Fitopatologia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio.unb.br/handle/10482/49143engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-02-27T18:04:45Zoai:repositorio.unb.br:10482/49143Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-02-27T18:04:45Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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