Maniok-assoziierte Begomoviren in Indien : Biodiversität, Gewebelokalisation und Funktionsanalyse

Abstract

Geminiviren befallen wichtige Nutzpflanzen und führen teilweise zu enormen Ernteverlusten. In den letzten Jahrzehnten stieg die Zahl von Virusinfektionen aufgrund der Ausbreitung des Übertragungsvektors (Bemisia tabaci, Genn.) und der schnellen Anpassung der Viren durch verschiedene molekulargenetische Mechanismen an. Untersuchungen über die Biodiversität von Cassava mosaic desease (CMD)-auslösenden Begomoviren in Indien sind bisher unvollständig. Die Ergebnisse zeigen, dass neben dem schon bekannten Indian cassava mosaic virus (ICMV) auch das bisher nur in Sri Lanka nachgewiesene Sri Lankan cassava mosaic virus (SLCMV) in Indien weitverbreitet auftritt. Beide DNA Komponenten des bipartiten ICMV konnten isoliert und kloniert werden. Dieser Klon induzierte sowohl in experimentell verwendeten Nicotiana-Spezies als auch im natürlichen Wirt Maniok systemische und symptomatische Infektionen. Um den Infektionsverlauf zu beobachten und die Funktion einzelner Offener Leserahmen (engl. open reading frame, ORF) zu bestimmen, wurden ICMV-Chimären erstellt, die anstelle des Kapsidprotein (engl. coat protein, CP) Gens das green fluorescence protein (GFP) Gen exprimierten. Damit konnte das Virus durch Fluoreszenzmikroskopie in vivo nachgewiesen und als phloemlimitiert bestimmt werden. Dieses Ergebnis konnte durch in situ Hybridisierungsstudien in systemisch infiziertem Maniok und Tabak bestätigt werden. Die Funktion des ORF AV2 wurde mit Hilfe von GFP-Fusionsproteinen analysiert. Neben der Expression des Fusionsproteins im viralen Hintergrund wurde ein GFP-AV2-Fusionsprotein unter der Kontrolle des konstitutiven Cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S Promotors erstellt. Fusionsproteine beider Konstrukte ergaben dieselbe zelluläre Verteilung. Mikroskopische Analysen zeigten eine mögliche Assoziation von AV2 mit Plasmodesmata und eine Funktion beim viralen Zell-zu-Zell Transport. Demnach kann AV2 die Funktion eines redundanten Transportproteins haben.

This work investigated the growing ecological importance of geminiviruses in South India. Important crops are infected by geminiviruses, leading to enormous loss of yield. During the last decades infection rates of geminiviruses raised, either by the increased dissemination of the transfer vector for geminiviruses (Bemisia tabaci, Genn.) and the fast adaptation of viruses by mutation, recombination and pseudorecombination. Investigations on biodiversity of CMD-causing begomoviruses in India are incomplete so far. This gap should be closed by this work, investigating the diversity of cassava-associated begomoviruses in South India. The results demonstrate, that beside the Indian cassava mosaic virus (ICMV), the Sri Lankan cassava mosaic virus (SLCMV), is widely distributed on the Indian subcontinent. ICMV DNA A and DNA B components were isolated and cloned. This clone induces CMD in experimentally used Nicotiana spec. as well as in the natural host cassava. To monitor the progress of infection and to analyse the function of selected open reading frames (ORF), ICMV-chimeras were generated with the coat protein (CP) gene replaced by the green fluorescence protein (GFP) gene. Using these chimera, the virus could be determined as phloem-limited in affected plant tissues. The phloem-limitation was confirmed using in situ hybridisation in systemically infected tobacco and cassava plants. The function of ORF AV2 was analysed using AV2-GFP fusion proteins. Two constructs were established. One expressing the fusion protein within the viral background, the other construct was driven by the constitutive 35S promoter of Cauliflower mosaic virus (CaMV), expressing the fusion protein in the absence of any other viral proteins. Fusion proteins, expressed form both constructs, were similarly distributed within plant cells. AV2 protein was probably associated with plasmodesmata and cell-to-cell movement. Therefore AV2 may function as a redundant movement protein.