Bracovirus derived genes in the genome of Spodoptera exigua Hubner (LepidopteraNoctuidae) and their role in host susceptibility to pathogens

Resumen

La asociación entre los himenópteros parasitoides, polydnavirus (PDV) y lepidópteros representa un modelo interesante para estudiar la transferencia horizontal de genes. Está bien documentado que miles de himenópteros parasitoides pertenecientes a las familias Braconidae e Ichneumonidae han domesticado virus simbióticos denominados respectivamente Bracovirus o Ichnovirus. El virus se inyecta junto con los huevos del parásito en el hemocele del lepidóptero huésped, donde se expresan proteínas específicas. Estas proteínas inhiben el sistema inmune del lepidóptero y detienen su desarrollo, lo que beneficia el desarrollo de los huevos y luego las larvas del parasitoide. En este sistema único, tres genomas están continuamente en contacto. Como resultado, este contacto puede facilitar la transferencia de genes entre los tres genomas. En este contexto, el transcriptoma del insecto plaga Spodoptera exigua reveló la presencia de un número de unigenes que codifican para proteínas altamente homólogas a proteínas de bracovirus. Estas proteínas son en su mayoría miembros de la familia de lectinas tipo C, excepto uno que codifica una proteína perteneciente a la familia BV2 de Cotesia congregata bracovirus, BV2-5. El análisis de las secuencias genómicas de BV2-5 y BLL2 (un miembro de las lectinas homólogas a lectinas de bracovirus, BLLs) confirmó el origen vírico de estos genes. Análisis adicionales de las secuencias disponibles en varias bases de datos mostró la presencia de estos genes virales en otras especies de Spodoptera. Dicha presencia sugiere eventos de integración antiguos que se produjeron en una especie ancestral de Spodoptera. Estos genes se expresan de forma constitutiva en diferentes tejidos, pero principalmente en los hemocitos, lo que sugiere que tienen un papel en la respuesta inmune del insecto. Sin embargo, uno puede preguntarse si la integración de los genes virales en la línea germinal del lepidóptero es el resultado de una estrategia del sistema virus/parasitoide para manipular el huésped o es el insecto que ha domesticado los genes virales con el fin de mejorar su inmunidad. Para responder a tal dilema y como parte de esta tesis, nos decidimos ir más allá en la investigación del papel de estos genes en la interacción insecto-patógeno. En primer lugar, hemos descifrado la función de BV2-5 (Gasmin). Para ello se construyeron varios baculovirus recombinantes expresando distintas formas de esta proteína. Observaciones mediante microscopia confocal demostraron que esta proteína es capaz de interactuar con la actina celular interrumpiendo su organización. Esta interrupción implica una drástica reducción de la multiplicación y la producción de partículas de baculovirus en condiciones de cultivo celular. Este resultado sugiere que el insecto ha domesticado este gen con el fin de hacer frente a uno de sus principales patógeno en la naturaleza: baculovirus. Por otro lado, la interrupción de la organización de la actina resultó en una disminución de la capacidad de los hemocitos para fagocitar las bacterias y, en consecuencia, resulta en un aumento en la susceptibilidad de las larvas a infecciones bacterianas. Por otra parte, se detectó una forma trucada no funcional de Gasmin en las poblaciones europeas de S. exigua. Este hecho, así como el papel divergente frente a diferentes patógenos, reflejan una posible adaptación al tipo de patógeno que es m ás abundante en cada localización geográfica. A continuación nos propusimos investigar el papel inmunológico de las lectinas homólogas a bracovirus (Se-BLLs) en la respuesta inmune del insecto. De hecho, en el transcriptoma de S. exigua se detectó la presencia de ,al menos, treinta y dos unigenes que codifican proteínas de tipo lectinas, la mayoría perteneciente a la familia de lectinas de tipo C. Debido a la gran cantidad de estas proteínas, cuatro lectinas de lepidópteros (Se-LLs), además de la Se-BLLs han sido estudiadas en detalle. El estudio detallado de los dos grupos de lectinas reveló diferencias en distintos aspectos, como son la estructura de las proteínas, su distribución en los tejidos del insecto y su respuesta transcripcional a diferentes patógenos viricos y bacterianos así como endoparasitoides. Entre las lectinas estudiadas, Se-BLL2 respondió a todos los patógenos probados incluyendo la infección por baculovirus, lo que motivó su estudio en detalle a través de su estudio funcional. Para ello se produjo de manera recombinante dicha proteína, y se comprobó que su administración conjunta con baculovirus disminuía la susceptibilidad de los insectos a baculovirus. Este resultado sugiere, nuevamente, que el insecto ha domesticado este gene de origen bracoviral con el fin de hacer frente a baculovirus. En resumen, en este estudio hemos descrito la inserción de ADN bracoviral en un genoma de lepidóptero y su posterior domesticación con el objetivo probable de proporcionar protección frente a un patógeno importante como es baculovirus.