Resumen de Nonlinearities in plant RNA virus fitness
Jasna Lalic
Una de las mayores amenazas tanto para la salud humana y animal, como para la agronomía es la emergencia de nuevas enfermedades infecciosas, la mayoría de las cuales están causadas por los virus de RNA. La emergencia viral es un problema complejo que consista en la adquisición de la variación genética, por mutación o recombinación, dentro de la población viral en el huésped reservorio la cual podría facilitar la capacidad de infectar de manera eficiente nuevos huéspedes. Los virus de RNA presentan a una evolucionabilidad extraordinaria por sus grandes tamaños poblacionales, cortos tiempos de generación y altas tasas de mutación y recombinación. Comprender los mecanismos evolutivos que podrían dar lugar a un virus emergente es imprescindible para hacer un diseño racional de las estrategias del control y las terapias antivirales. ¿Podríamos predecir la emergencia de un virus y su salto a un huésped nuevo sabiendo el fenotipo del virus, es decir, su eficacia biológica, en su huésped natural? Si es así, la arquitectura de la eficacia biológica del virus estaría determinada solamente por su genotipo (la componente G, o en otras palabras, la mutación) y el ambiente (la componente E o, en otras palabras, el huésped). Sin embargo, podrían existir interacciones entre estos componentes y comprometer la predictibilidad del fenotipo del virus en un huésped alternativo. Saber cómo las mutaciones afectan la eficacia biológica de las poblaciones virales es esencial para llegar a entender la emergencia viral y la posterior adaptación del nuevo virus a su nuevo hospedador. La observación común de que la mayoría de las mutaciones son deletéreas coincide con la predicción teorética de que un organismo ya está adaptado a su ambiente en particular, por lo cual, cualquier cambio genético supondría apartarse del fenotipo optimo. En realidad, este punto de vista es demasiado simplificado; los efectos mutacionales sobre la eficacia biológica constituyen un continuo y están condicionados tanto por el ambiente como por el fondo genético. Estos efectos se nombran comúnmente como interacción genotipo-ambiente (G×E), interacción genética (G×G o epistasia) e interacción G×G×E (epistasia-huésped). En esta Tesis, la contribución de estos componentes a la arquitectura de la eficacia biológica de un virus de RNA de la cadena positiva que infecta plantas, TEV. Los virus de RNA forman el grupo más grande de los virus de las plantas y causan muchas enfermedades económicamente importantes. En primer lugar, para inferir G×E, hemos caracterizado la distribución de los efectos mutacionales sobre la eficacia biológica (DMFE) de TEV utilizando una colección de veinte mutantes simples que tenían una única sustitución nucleotídica. Los efectos mutacionales se midieron en un conjunto de ambientes representados por ocho huéspedes distintos. Cinco de estos huéspedes pertenecían a la familia Solanaceae y se infectaban con TEV de la forma natural. Otros tres huéspedes pertenecían a otras tres familias de las plantas y eran parcialmente susceptibles a la infección con TEV. Primero, hemos encontrado una interacción significativa entre el genotipo del virus y la especie del huésped, generada por diferencias en la varianza genética de la eficacia biológica y los efectos pleiotrópicos de las mutaciones entre huéspedes. Segundo, las DMFE eran profundamente distintos entre los huéspedes que pertenecían a Solanaceae y los que no. La exposición de los genotipos de TEV a las no-solanáceas resultó en una gran reducción en la eficacia biológica, mientras que la varianza permanecía constante y la asimetría de la distribución era positiva. Una asimetría positiva implica que hay más valores mayores que la media, es decir, la cola derecha de la distribución contiene una proporción significativa de mutaciones beneficiosas. Entre solanáceas, la cola izquierda de la distribución tenía mayor peso, indicando un exceso de las mutaciones deletéreas. Conjuntamente, este resultado muestra que TEV puede fácilmente extender su rango de huéspedes y mejorar su eficacia biológica en los nuevos huéspedes, y que conocer la eficacia biológica de un mutante en un huésped no nos permite extrapolar que su eficacia se mantenga en otro(s) huésped(es). En segundo lugar, para inferir la epistasia, hemos generado 53 genotipos de TEV los cuales llevaban pares de únicas sustituciones nucleotídicas y hemos medido sus efectos deletéreos sobre la eficacia biológica por separado y en combinación en el huésped primario: Nicotiana tabacum. Hemos encontrado que el 38% de los pares mostraban epistasia significativa sobre la eficacia biológica. Las desviaciones de la hipótesis nula de efectos multiplicativos eran tanto positivas como negativas, aunque predominaban los casos de epistasia de signo reciproco, lo cual indica de que el paisaje adaptativo de TEV debe de ser muy rugoso. Por último, hemos observado que la epistasia de magnitud correlaciona negativamente con el efecto promedio de las mutaciones, lo cual revela baja robustez genética de los genomas compactos de los virus de RNA. Estas observaciones son malas noticias con respeto a la predictibilidad de cuales genotipos virales podrían ser más propensos a emerger. En tercer lugar, con el objetivo de caracterizar el grado de variación de los efectos epistaticos con los huéspedes en los que estos se miden, hemos cuantificado la eficacia de diez genotipos de TEV que llevaban pares de únicas sustituciones nucleotídicas a través de cuatro huéspedes que variaban en su proximidad taxonómica con el huésped primario. Hemos observado que la epistasia entre pares de mutaciones era dependiente del huésped y, en promedio, positiva en el huésped natural, haciéndose más débil a medida que el parentesco genético de estos huéspedes disminuía respecto al primario. La existencia de la epistasia y su variación entre huéspedes hace que los efectos de las mutaciones individuales sean aun más imprevisibles. Por último, hemos caracterizado empíricamente el paisaje de la eficacia del TEV adaptado a A. thaliana reconstruyendo la mayor parte de los genotipos intermediarios posibles durante el proceso de adaptación y hemos medido dos componentes de la eficacia biológica en el nuevo huésped. En nuestro conjunto de datos predominaba la epistasia de magnitud entre las mutaciones beneficiosas, especialmente en los primeros pasos de la adaptación. La epistasia era pequeña en los genotipos más adaptados. Las interacciones epistaticas consistían en desviaciones de los valores esperados que eran ambos positivos y negativos. La topografía del paisaje era predominantemente neutral y consistía de un único pico. La suavidad del paisaje de TEV en A. thaliana sugiere que el virus se haya adaptado fácilmente a su nuevo huésped. Este resultado es importante desde la perspectiva de las enfermedades virales emergentes y en concordancia con la observación común de que la mayoría de los virus emergentes son efectivamente los virus de RNA.
