La emergencia viral como consecuencia de la interacción entre las variabilidades genéticas del virus y huésped

Resumen

La variabilidad genética en las poblaciones de huéspedes para la susceptibilidad al patógeno es esencial para la propagación de un virus emergente. Los modelos matemáticos predicen que la tasa de difusión del patógeno se frena a medida que aumenta la frecuencia y la diversidad de alelos de resistencia en la población huésped148,230. Sin embargo, las pruebas experimentales de esta hipótesis son escasas. Por ese motivo, este trabajo aborda la cuestión de cuánta heterogeneidad genética del huésped es necesaria para el cambio del destino evolutivo del virus. El modelo de patosistema experimental utilizado en este trabajo está compuesto por el Virus del grabado del tabaco (TEV), aislado At17b (TEV-At17b), previamente adaptado por Agudelo-Romero et al. (2008)5 al ecotipo Ler-0 de A. thaliana, y por diferentes ecotipos de esta planta. En la primera parte de la Tesis, aplicando el método de hibridación de micromatrices de ARN, se caracterizó el transcriptoma de seis ecotipos de A. thaliana (Di-2, Ei-2, Ler-0 Oy-0, St-0 y Wt-1) tras ser infectados con el aislado TEV-At17b. El resultado de la infección se caracterizó fenotípicamente y también se determinó el patrón de expresión de genes alterados por la infección, así como las diferencias entre los distintos ecotipos. La respuesta era heterogénea, si bien los ecotipos se pudieron agrupar en dos grupos según su perfil transcriptómico. El propósito de la segunda parte del proyecto era explorar el efecto de la variabilidad genética intraespecífica del huésped en la dinámica de adaptación del virus. Con este fin, se realizó por triplicado un experimento de evolución con TEV-At17b en cinco ecotipos diferentes de A. thaliana (Di-2, Ei-2, Ler-0, St-0 y Wt-1). Después de la fase de evolución, se inocularon todos los ecotipos con todos los linajes virales evolucionados en un experimento de infección cruzada y se evaluaron la infectividad, la eficacia y la virulencia de cada combinación virus-ecotipo. Los resultados obtenidos se utilizaron para construir una red de infecciones. Las poblaciones de TEV, evolucionadas en cada uno de los cinco ecotipos de A. thaliana, aumentaron su eficacia, virulencia e infectividad en cada huésped de una manera compatible con un modelo gen-a-gen de interacciones parásito-huésped: los ecotipos difíciles de infectar fueron infectados por linajes generalistas, mientras que los ecotipos más susceptibles fueron infectados por cualquier linaje evolucionado. A continuación se caracterizaron los genomas completos de los virus evolucionados y se encontraron siete casos de mutaciones convergentes. En esta parte del proyecto, para obtener un mejor conocimiento de la base molecular de la interacción gen-a-gen, se generaron todas estas mutaciones de forma individual, así como combinaciones específicas, y se probaron sus efectos en plantas de los cinco ecotipos. Además, se evaluó la topografía del paisaje adaptativo subyacente. Usando el método de micromatrices de ARN, en el último capítulo de la Tesis se identificó la respuesta transcriptómica de cada ecotipo a la infección del virus evolucionado en simpatría. Los ecotipos del huésped se clasificaron en grupos de acuerdo a las similitudes en sus perfiles de expresión génica. Se evaluaron las categorías funcionales de los genes afectados por la infección y se determinaron las intersecciones y diferencias entre los ecotipos. A continuación, se caracterizó la respuesta transcriptómica del huésped ancestral Ler-0 a la infección con cada uno de los linajes evolucionados, cada uno adaptado a un ecotipo local diferente. Los cambios en las interacciones virus-huésped a nivel de expresión génica en Ler-0 eran homogéneos, pero mostraban cierta heterogeneidad en las categorías funcionales enriquecidas. Por último, se analizó la respuesta transcriptómica inducida por la cepa viral más especializada y la más generalista en los cinco ecotipos. Se encontró que el virus especialista inducía una respuesta más fuerte y más heterogénea en todos los ecotipos, mientras que el virus generalista alteraba la expresión génica de manera similar en todos los ecotipos del huésped. Por tanto, la estrategia adaptativa de un virus especialista parecía ser específica para su ecotipo simpátrico, pagando un coste de eficacia en su interacción con los huéspedes alopátricos. Por el contrario, la estrategia adaptativa del virus generalista consistía en la alteración de vías comunes para todos los ecotipos.