PLoS Biology, 2006; 4(3): (más artículos en esta revista)

Planta de virus de la biodiversidad y la ecología

Biblioteca Pública de la Ciencia
Jonathan Wren D, Marilyn J Roossinck, Richard Nelson S, Kay Scheets, Michael Palmer W, Ulrich Melcher (umelcher@biochem.okstate.edu)
Resumen

El virus de la Biodiversidad Vegetal y Ecología (PVBE) se ha iniciado un proyecto para estudiar la biodiversidad de los virus que afectan a las plantas vasculares.

El Comité Internacional para la Taxonomía de Virus reconocido un total de unas 2000 especies de virus a partir de 2005 [1]. Sin embargo, los datos sobre los virus que infectan a organismos terrestres, incluyendo las plantas, son escasos, y la reciente secuenciación de muestras de virus para entornos marinos sugiere que 2000 es una grave subestimación del número total de especies virales en la tierra [2]. Además de la escasez de datos sobre la diversidad viral, se sabe poco sobre el nivel de infección por el virus mixtos o temporal de los patrones de acumulación de virus en las plantas nativas. Para ambas razones científicas y sociales, es importante para ampliar nuestro conocimiento de los virus y sus anfitriones más allá de las combinaciones conocidas en la actualidad como causa de enfermedad a los que pueden causar enfermedades en el futuro (es decir, las amenazas emergentes). Además, tenemos que tener una mayor comprensión de las posibilidades de mutualistas entre los virus y sus anfitriones. Es decir, tradicionalmente vista como los virus parásitos, que no es de extrañar habida cuenta de su papel prominente como agentes patógenos, pero no siempre es el caso. Consideremos, por ejemplo, polydnavirus-braconid avispa interacciones, en el que el virus lleva los genes esenciales necesarios para suprimir el sistema inmune de los lepidópteros anfitriones de la avispa [3]. Esta es una frontera que es en gran medida inexplorado. El virus de la Biodiversidad Vegetal y Ecología (PVBE) se ha iniciado un proyecto para estudiar la biodiversidad de los virus que afectan a las plantas vasculares, incluyendo sus hongos endófitos, en The Nature Conservancy's Tallgrass Prairie Preserve de Oklahoma, hogar de más de 700 especies de plantas. Las plantas son un punto de partida ideal para la realización de estudios sobre el virus de la ecología, ya que están inmóviles y pueden ser fácilmente resampled. Detección viral, se hace mediante doble-stranded RNA análisis, la clonación, la secuenciación, análisis y microarrays. El PVBE esfuerzo no está dirigido hacia el estudio de importancia económica o sintomática plantas, que ya están muy estudiadas. Información en la Figura 1, por ejemplo, un resumen de la primera planta de fuente de los virus catalogado en el Intercambio de Datos de Identificación de Virus de la base de datos [4]. La mayoría de los virus de la información disponible que tenemos es derivado de los cultivos de especies cultivadas, pero estas especies sólo comprenden un minuto fracción de todas las especies de plantas. Y gran parte de esta información se deriva de los pacientes con síntomas anfitriones, sin embargo, sólo una pequeña fracción de los virus de causar enfermedad, probablemente, [5]. Además, gran parte de los datos recogidos sobre los virus proceden de monocultivos, lo que favorece una baja diversidad. Por lo tanto, los datos recogidos hasta el momento no sólo han sido fuertemente orientados hacia el cultivo de los virus que afectan, pero también hacia la norma, la cepa de laboratorio, el fenotipo que producen los virus. La presencia de virus en las plantas parece ser relativamente común-por ejemplo, aproximadamente el 60% de las plantas estudiadas en una región de Costa Rica que contiene alrededor de 7000 especies de plantas total fueron positivos para ARN de doble varados, un marcador que indique la presencia de virus (MJ Roossinck , Datos no publicados). En conjunto, estas observaciones sugieren un enorme vacío en nuestra comprensión general de la diversidad viral, la evolución y la ecología.

Cierre esta brecha comienza con una amplia catalogación y estudio de los virus que afectan a las plantas silvestres, ya sea sintomática o asintomática, de alcanzar una comprensión más objetiva de las poblaciones del virus en la naturaleza. Ostensiblemente, se termina con una mejor comprensión de los mutualistas entre los virus y sus anfitriones. Recientemente descubierto virus se proporcionará información para aquellos que la investigación básica sobre los mecanismos de replicación del virus, la traducción, la partícula de reunión y circulación, así como proporcionar herramientas para la biotecnología (por ejemplo, los posibles nuevos vectores de genes a través de estudios desmontables inducidos por el virus de silenciamiento génico) . Es posible que algunos de estos nuevos virus pueden más tarde ser reconocido como el origen de los futuros cultivos flagelos. Ahora el conocimiento de su existencia y de la ecología nos permitirá preparar mejor y prevenir los catastróficos resultados que suelen asociarse con este tipo de brotes. La recopilación de información sobre estos virus también aumentará nuestra capacidad de hacer más extensa secuencia de comparaciones entre los virus, lo que permite una mejor predicción de sitio activo identidades dentro de las proteínas virales, y para identificar nuevas proteínas virales y sus funciones.

No sólo estos esfuerzos nos ayudan a comprender el virus de la ecología, pero también hay un gran potencial para revolucionar la ecología vegetal. El fenotipo extendido de un virus puede afectar a una planta local de la adaptación a su medio ambiente. Endófitos, micorrizas, u otros simbiontes podría mediar en tales interacciones. Teniendo en cuenta que muchos virus son plantas generalistas con respecto a las especies huésped, teóricamente es posible que tales efectos pueden ser a nivel de ecosistemas. Silenciamiento de ARN [6] ha dramático, pero sin explorar implicaciones ecológicas. Como un ejemplo hipotético, un bisonte-virus puede silenciar genes para antigrazing defensas, lo que facilita su transmisión.

Conocido virus-vector-host sistemas muestran una desconcertante complejidad. Cada vez es más evidente que la simple vista de los virus como agentes patógenos está obsoleta. Como "pedacitos de la información genética" transferidos de un organismo a otro, tienen potencial para facilitar todo tipo de interacciones entre la vida macroscópica. Habida cuenta de las interacciones genético íntima con sus anfitriones, los virus podrían ser los conductores del primer cambio evolutivo. El grado en que los virus han determinado micro y macro-patrones evolutivos en plantas vasculares es principalmente inexploradas, y de las preguntas no son obvias. Al comparar el virus de filogenias a filogenias planta nos permitirá generar hipótesis acerca de la naturaleza de su coevolution y empujar a la ecología más allá de los simples conceptos de la competencia, mutualismo, parasitismo y la depredación.

El PVBE esfuerzo se enfrenta a múltiples retos, entre ellos recursos para la creación de un esfuerzo sostenible más allá del período de financiación y el suministro de herramientas para el análisis de la distribución geográfica y temporal de los patrones de infección que se puede aplicar a otros sistemas. Uno de nuestros objetivos es establecer una comunidad de recursos para obtener información sobre los virus de plantas y sus relaciones con noncrop planta anfitriones. Esto nos ayudará a calcular mejor el número total de la planta para hacer frente a los virus y los siguientes científicos importantes preguntas: ¿cuál es la relación entre el virus de la diversidad biológica y la diversidad biológica de acogida? ¿Con qué frecuencia coinfecciones por diferentes virus se producen en los sistemas naturales? Y cuál es la incidencia de la enfermedad en comparación con la inducción de virus asintomático o beneficioso virus en los sistemas naturales? Prevemos una riqueza de datos de The Nature Conservancy's Tallgrass Prairie Preserve área solo, pero la adición de otras zonas geográficas eventualmente proveerá un panorama mucho más grande de las tendencias mundiales y continentales en el virus de la biodiversidad de plantas y la ecología, un nuevo y emergente campo de estudio que Esperamos que podamos responder a estas preguntas importantes.

Financiación. PVBE El esfuerzo es financiado por la NSF Grant Número EPS-0447262 y con el apoyo de la Estación Experimental Agrícola de Oklahoma cuyo director ha aprobado el manuscrito para su publicación.

Conflicto de intereses. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia.