Home About Browse Search
Svenska


Potato mop-top virus: variability, movement and suppression of host defence

Kalyandurg, Pruthvi Balachandra (2019). Potato mop-top virus: variability, movement and suppression of host defence. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2019:59
ISBN 978-91-7760-436-5
eISBN 978-91-7760-437-2
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
2MB

Abstract

Potato mop-top virus (PMTV) causes an economically damaging disease called potato spraing. Despite being reported across the potato growing regions in the world, very little genetic variability has been reported for the virus. Also, the knowledge on how PMTV suppresses host defence mechanism, and how it interacts with the host during the cellto-cell and long-distance movement is still insufficient to develop successful preventive measures against the PMTV infection.

This thesis work identified high diversity of the PMTV in the Andean region of Peru compared to the rest of the world. Among the PMTV genome, CP-RT and 8K genomic regions accumulated the largest number of mutations. Through phylogenetic analysis of the RNA-CP segment we identified two prevailing genotypes around the world. Based on the pathobiological differences, we named these lineages as S (severe), and M (mild) types. The phylogenetic relationship determined in this study helped us to propose a novel classification of PMTV isolates.

Our analysis to address the selection pressure on the PMTV genome revealed that the ORF encoding the 8K protein, a viral suppressor of RNA silencing (VSR) is under strong positive selection. Characterization of the RNA silencing suppression activity of the 8K protein from seven highly diverse isolates revealed that the 8K encoded by a Peruvian isolate, P1 exhibits stronger RNA silencing suppression activity compared to that of other isolates. Through mutational analysis, we identified that Ser-50 is necessary for these differences. Through deep sequencing for sRNAs, we identified that VSRs reduce the sRNA accumulation. We observed lower amount of siRNAs with U residue at the 5’-terminus suggesting that P1 8K might affect AGO1-mediated RNA silencing.

The present work also identified key host factors necessary for the cell-to-cell and long distance movement of the virus. We showed that the actin network and certain class VIII myosins motors are important for the cell-to-cell movement of PMTV. The dependency on the acto-myosin network for PMTV movement was further demonstrated by the fluorescence recovery after photo bleaching experiments that resulted in compromised delivery of the TGB1 at the plasmodesmata upon disrupting actin and inhibiting two class VIII myosins. In contrast, class XI myosins did not have a significant effect on the cell-to-cell movement of the PMTV, although they appear to be important viral long-distance movement.

Analysis of PMTV TGB1 interactions the with host proteins revealed that TGB1 interacts with Nicotiana benthamiana HIPP26 protein, a vascular expressed, metallochaperone that acts as a plasma membrane to nucleus stress signalling relay. PMTV infection upregulated the expression of HIPP26 and altered its subcellular localization from plasmodesmata to the nucleus. Knockdown of NbHIPP26 expression resulted in inhibition of virus long-distance movement, but not the cell-to-cell movement. Together, this data suggests that PMTV hijacks NbHIPP26 to facilitate the long-distance movement of the virus.

Authors/Creators:Kalyandurg, Pruthvi Balachandra
Title:Potato mop-top virus: variability, movement and suppression of host defence
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Potatismopptoppvirus (PTMV) orsakar sjukdomen rostringar i potatis vilket kan ha stora ekonomiska konsekvenser. Trots att viruset har rapporterats från områden runt om hela världen där potatis odlas har endast en mycket liten genetisk variation rapporterats för viruset. Dessutom är kunskapen om hur PMTV undertrycker värdens försvarsmekanismer och hur det interagerar med värden under förflyttning mellan celler och över längre avstånd inom växten fortfarande inte tillräcklig för att kunna utveckla framgångsrika förebyggande åtgärder mot PMTV-infektion.

I detta avhandlingsarbete identifierades en hög diversitet för PMTV i peruanska Anderna jämfört med övriga delar av världen. Regionerna CP-RT och 8K accumulerade det största antalet mutationer i PMTV-genomet. Med fylogenetisk analys av segmentet RNA-CP identifierade vi två genotyper som var allmänt utbredda runt om i världen. Baserat på patobiologiska skillnader benämnde vi dessa linjer som typerna S (allvarlig) och M (mild). Baserat på de fylogenetiska släktskap som bestämts i denna studie föreslår vi en ny klassificering av PMTV-isolat.

Vår analys för att studera selektionstrycket på PMTV-genomet visade att den öppna läsram (ORF) som kodar för 8K-proteinet, vilket är ett virusprotein som undertrycker RNA-interferens (VSR), är under stark positiv selektion. Karaktäriseringen av 8K-proteinets förmåga att undertrycka RNA-interferens för sju vitt skilda isolat visade att 8K som kodas av ett peruanskt isolat, P1, visade starkare förmåga att undertrycka RNA-interferens jämfört med det från andra isolat. Med mutationsanalys kunde vi identifiera Ser-50 som nödvändigt för dessa skillnader. Genom djup sekvensering av sRNA fann vi att VSR-proteiner minskar ackumuleringen av sRNA. Vi såg en lägre mängd av siRNA med kvävebasen U vid 5’-änden vilket tyder på att P1 8K skulle kunna påverka AGO1-medierad RNA-interferens.

Det föreliggande arbetet identifierade också nyckelfaktorer hos värden för virusförflyttning från cell till cell eller över längre avstånd inom växten. Vi visade att nätverket av aktin och vissa myosinmotorer av klass VIII är viktiga för PMTVs förflyttning från cell till cell. Beroendet av aktomyosin-nätverket för förflyttning av PMTV demonstrerades vidare genom experiment med metoden fluorescens efter ljusblekning vilka resulterade i störd transport av TGB1 till plasmodesmata efter upplösning av aktin och inhibering av två klass VIII-myosiner. Däremot hade klass XI-myosiner ingen signifikant effekt på förflyttning av PMTV från cell till cell även om de verkade vara viktiga för förflyttning av virus över längre avstånd inom växten.

Analys av interaktionerna mellan PMTVs TGB1 och värdproteiner visade att TGB1 interagerar med proteinet HIPP26 från Nicotiana benthamiana, vilket är ett metallchaperon som uttrycks i ledningsvävnad och verkar vid överföringen av stress-signaler från cellmembranet till cellkärnan. Vid PMTV-infektion uppreglerades uttrycket av HIPP26 och ändrade dess lokalisering i cellen från plasmodesmata till cellkärnan. Nedreglering av uttrycket av NbHIPP26 med virusinducerad genavstängning resulterade i inhibering av virusförflyttning över längre avstånd i växten, men inte förflyttningen från cell till cell. Sammantaget tyder dessa data på att PMTV kapar NbHIPP26 för att möjliggöra virusets förflyttning över längre avstånd i växten.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2019
Volume:2019:59
Number:2019:59
Number of Pages:85
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IKalyandurg, P. , Gil, J. F., Lukhovitskaya, N. I., Flores, B. , Müller, G. , Chuquillanqui, C. , Palomino, L. , Monjane, A. , Barker, I. , Kreuze, J. and Savenkov, E. I. (2017). Molecular and pathobiological characterization of 61 Potato mop‐top virus full‐length cDNAs reveals great variability of the virus in the centre of potato domestication, novel genotypes and evidence for recombination. Molecular Plant Pathology, 18: 864-877.
IIKalyandurg, P. B.§, Tahmasebi, A.§, Vetukuri, R. R., Kushwaha, S., Lezzhov, A. A., Solovyev, A. G., Grenville-Briggs, L. J., Savenkov, E. I. Efficient RNA silencing suppression activity of Potato Mop-Top Virus 8K protein is driven by variability and positive selection. Virology, 535 (2019) 111-121.
IIIKalyandurg, P. B., Savenkov, E. I. TGB1-mediated cell-to-cell movement of Potato mop-top virus requires class VIII myosins (manuscript)
IVCowan, G. H., Roberts, A. G., Jones, S., Kumar, P., Kalyandurg, P. B., Gil, J. F., Savenkov, E. I., Hemsley, P. A., Torrance, L. (2018). Potato Mop-Top Virus Co-Opts the Stress Sensor HIPP26 for Long-Distance Movement. Plant Physiology 176:2052-2070.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Plant Biology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-436-5
ISBN for electronic version:978-91-7760-437-2
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:H Protection of plants and stored products > H20 Plant diseases
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Agricultural Science
Keywords:Potato mop-top virus, variability,, genotype constellation, RNA silencing suppression, positive selection, cell-to-cell movement,, long-distance movement, myosins, actin, HIPP26
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-p-101177
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-p-101177
ID Code:16278
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Department of Plant Biology (from 140101)
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:20 Aug 2019 09:43
Metadata Last Modified:20 Aug 2019 11:32

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits