Scholthof, K-B.G. 2000. Tobacco mosaic virus. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2000-1010-01
Updated 2005. Spanish translation by A. Diaz-Lara, 2016.
Mosaico del tabaco
Tobacco mosaic virus (Virus del mosaico del tabaco)
Tabaco, tomate y otras plantas solanáceas
Autor
Karen-Beth G. Scholthof
Texas A&M University
Traducido por:
Alfredo Diaz-Lara
Oregon State University
Patrón típico de mosaico sobre hojas de tabaco
flue-cured infectadas con Tobacco mosaic virus |
TMV fue el primer virus en ser descubierto hace ya más de un siglo y fue el primer virus alguna vez purificado. Desde entonces ha generado fascinantes perspectivas de cómo los virus infectan a sus hospederos. Investigación sobre TMV además han llevado a descubrimientos sobre principios generales de la vida que han valido premios Nobel.
Síntomas y Signos
Síntomas inducidos por Tobacco mosaic virus (TMV) son algo dependientes de la planta hospedera y pueden incluir mosaico, moteado (Figuras 1 y 2), necrosis (Figuras 3 y 4), achaparramiento, enrollado de hoja y amarillamiento de tejidos de la planta. Los síntomas son muy dependientes de la edad de la planta infectada, las condiciones ambientales, la raza del virus, y el antecedente genético de la planta hospedera. Razas de TMV también infectan tomate, algunas veces causando pobre rendimiento o frutos deformados, madurez atrasada en frutos, y fruto con color no uniforme (Figura 5).
Figura 1 |
Figura 2 |
Figura 3 |
Figura 4 |
Figura 5 |
Biología del Patógeno
Hospederos para TMV incluyen tabaco (Figura 1), tomate (Figura 5), y otras plantas solanáceas. Actualmente, se estima que las pérdidas en producción de tabaco debido a TMV son del 1% debido a que se cultivan de forma rutinaria variedades resistentes. En contraste, pérdidas de hasta el 20% han sido reportadas para tomate. Además, la pobre calidad del fruto puede reducir el valor del cultivo en el mercado comercial en fresco.
Figura 1 |
Figura 5 |
TMV es el miembro tipo de un grupo grande de virus dentro del género Tobamovirus. Las partículas virales con forma de varilla (viriones) de TMV miden cerca de 300 nm x 15 nm (Figura 6). Una sola partícula de TMV está compuesta de 2,130 copias de la proteína de cobertura (CP) que envuelve la molécula de RNA de alrededor de 6,400 nucleótidos (Figura 7). Esta cadena sencilla de ARN codifica cuatro genes: dos proteínas asociadas a la replicasa que son directamente traducidas del ARN de TMV, y la proteína de movimiento y la proteína de cobertura que son traducidas de ARNs subgenómicos (Figuras 8 y 9).
Figura 7 |
Figura 6 |
Figura 8 |
Figura 9 |
Ciclo de la Enfermedad y Epidemiología
Transmisión de planta a planta
TMV es muy fácilmente transmitido cuando se frota una hoja infectada contra una hoja de una planta sana, por herramientas contaminadas y, ocasionalmente, por trabajadores cuyas manos se contaminan con TMV después de fumar cigarrillos. Una célula de planta herida se convierte en un sitio de entrada para TMV. El virus también puede contaminar la cubierta de semillas, y las plantas que germinan de estas semillas pueden infectarse. TMV es extraordinariamente estable. Se ha reportado que TMV purificado (Figura 6) puede ser infeccioso después de 50 años de almacenamiento a 4°C/40°F.
Figura 6 |
Replicación
TMV entra a la célula de la planta a través de heridas menores. Una vez que TMV penetra a la célula, las particulas virales se desarman en una manera organizada para exponer el ARN de TMV. El ARN del virus es de sentido positivo, o “sentido +”, y sirve directamente como un ARN mensajero (ARNm) que es traducido usando ribosomas del hospedero. La traducción de las proteínas asociadas a la replicasa (RP) de 126- y 183-kDa comienza a unos pocos minutos de iniciada la infección.
Tan pronto como estas proteínas han sido sintetizadas, la replicasa se asocia con el extremo 3' del ARN de sentido + de TMV para la producción de un ARN de sentido negativo, o “sentido –“. El ARN sentido – sirve como plantilla para generar tanto el ARN genómico de longitud completa de sentido + como el ARN subgenómico (sgRNAs) de sentido + (Figura 8).
Figura 8 |
Los sgRNAs son traducidos por los ribosomas del hospedero para producir la proteína de movimiento (MP) (30 kDa) y la proteína de cobertura (CP) (17.5 kDa). Después, la proteína de cobertura interactúa con el ARN con sentido + recién sintetizado de TMV para el ensamble de la progenie de viriones.
Estas partículas virales son muy estables y, a en algún momento cuando las células se rompen o la hoja se seca, ellas son liberadas para infectar nuevas plantas. Alternativamente, el ARN con sentido + de TMV es envuelto en la proteína de movimiento, y este complejo puede infectar células adyacentes.
Figura 10 |
Movimiento en la planta infectada
TMV usa su proteína de movimiento para propagarse de célula-a-célula a través de los plasmodesmos, los cuales conectan las células de la planta (Figura 10). Normalmente, los plasmodesmos son demasiado pequeños para el paso de partículas intactas de TMV.
La proteína de movimiento (probablemente con la asistencia de proteínas del hospedero aun no identificadas) agranda las aberturas plasmodesmales permitiendo que el ARN de TMV se mueva hacia células adyacentes, libere la proteína de movimiento y las proteínas del hospedero, e inicie una nueva ronda de infección. Mientras el virus se mueve de célula a célula, eventualmente alcanza el sistema vascular de la planta (nervadura) y se propaga rápidamente, de forma sistémica, a través del floema a las raíces y las puntas de la planta en crecimiento.
Epidemiología
El ciclo de la enfermedad de TMV y su epidemiología están íntimamente relacionados porque el virus es completamente dependiente del hospedero para su replicación y propagación. Hay una amplia variación en la incidencia de la enfermedad, dependiendo del momento de iniciación de la enfermedad en el campo y de las prácticas de cultivo. Por ejemplo, unas pocas plantas podrían infectarse al principio de la temporada, ya sea por TMV presente sobre la cobertura de la semilla o por trabajadores que contaminan las plantas. La enfermedad podría después propagarse rápidamente en todo el campo o invernadero por plantas infectadas con TMV que entran en contacto con plantas sanas, por equipo contaminado o por medio de los trabajadores. TMV también puede sobrevivir o pasar el invierno en restos de plantas infectadas u hospederos perenes (maleza) y, quizás, en el suelo. Prácticas agrícolas, tales como cultivos continuos, tienen el potencial de ser un problema, especialmente en invernaderos, donde se puede incrementar el inóculo de TMV en más de una especie de planta.
Manejo de la Enfermedad
Manejo en Invernadero
Practicas Hortícolas: Para reducir la infección de plantas con TMV todas las herramientas deben ser lavadas con jabón o una solución a 10% de cloro para inactivar el virus. El suelo contaminado con TMV debe ser desechado. Para evitar transmitir el virus de una planta infectada a plantas sanas se debe evitar el contacto entre la manguera de riego o regaderas con las plantas. Se debe tener cuidado al desechar hojas muertas y plantas viejas, pues hojas viejas infectadas con TMV pueden ser diseminadas alrededor del invernadero como “polvo” que puede, subsecuentemente, infectar plantas sanas que estén heridas.
Protección cruzada: La inoculación de un raza leve del virus en plantas jóvenes puede protegerlas de una subsecuente infección por una raza más severa de TMV. Esta es una estrategia de control bien documentada, llamada “protección cruzada”, que es exitosamente aplicada en invernaderos. Las plantas transgénicas también ofrecen estrategias alternativas para el control del virus (ver Biotecnología) (Figura 11).
Figura 11 |
Opciones de Presiembra (invernadero y campo)
Cultivares. Varios cultivares de tabaco y tomate han sido producidos para ser genéticamente resistentes a TMV.
Biotecnología. Técnicas de ingeniaría genética han permitido que científicos logrenexpresar el gen de la proteína de cobertura de TMV en plantas transgénicas de tabaco y tomate. Esta estrategia de control puede proteger a las plantas de infección por razas del virus cercanamente relacionadas (Figura 11).
Eliminación de inóculo. Bajo condiciones experimentales, ha sido demostrado que TMV puede ser inactivado cuando los trabajadores sumergen sus manos contaminadas en leche antes de la siembra. Esta técnica barata reduce notablemente la incidencia de la enfermedad (Figura 12). Plántulas, de las que se sabe son susceptibles, no deben ser trasplantadas a suelo que contiene raices contaminadas con TMV o desechos de planta.
Figura 12 |
Manejo en el campo
Búsqueda de la enfermedad. Durante la estación de crecimiento, las plantas infectadas deben ser desenterradas, embolsadas, y removidas del campo. Prácticas de rotación que incluyen plantas resistentes o cultivos no hospederos también deben ser empleadas para reducir la cantidad de inóculo en el campo.
Manejo en la cosecha y en almacenamiento
TMV puede pasar el invierno fácilmente sobre la cobertura de la semilla, proveyendo una fuente de inóculo para el siguiente ciclo de siembra. Por lo tanto, es importante tratar la semilla de tabaco contaminada con TMV con una solución 10% de fosfato trisodico por 15 minutos. Alternativamente, la semilla de tomate contaminada con TMV puede ser incubada a 70°C/158°F por 2-4 días antes de la siembra. Ambos tratamientos inactivaran el virus que esta sobre la cobertura de la semilla, con un mínimo efecto negativo sobre la germinación de la semilla.
Importancia
En 1989, Martinus W. Beijerinck, de los Países Bajos, propone sus ideas de que TMV era pequeño e infeccioso. Además, el demostró que TMV no podía ser cultivado, excepto en plantas vivas y en desarrollo. Este reporte, sugiriendo que los “microbios” no necesitan ser celulares, cambió para siempre la definición de patógenos. En 1946, Wendall Stanley fue premiado con el Premio Nobel por su aislamiento de cristales de TMV, de los cuales el sugirió, incorrectamente, estaban compuestos enteramente de proteína. Una investigación realizada por F.C. Bawden y N. Pirie, en Inglaterra, durante el mismo periodo de tiempo correctamente demostró que TMV era en realidad una ribonucleoproteina, compuesta de ARN y una proteína de cobertura. A mediados de los 1950s, científicos en Alemania y los Estados Unidos demostraron que el ARN era infeccioso por sí solo. Este descubrimiento marco el comienzo en la era moderna de la virología molecular. TMV es conocido por protagonizar varios “primeros” descubrimientos en virología, incluyendo primer virus en ser demostrado que está formado por ARN y proteína, el primer virus caracterizado por cristalografía de rayos-X para mostrar una estructura helicoidal (Figura 7), y el primer virus usado para microscopia electrónica (Figura 6), solución de electroforesis y ultracentrifugación analítica. TMV también fue el primer genoma de virus de ARN en ser secuenciado completamente, la fuente del primer gen de virus usado para demostrar el concepto de protección mediada por proteína de cobertura (Figura 11), y el primer virus para el cual un gen de resistencia a virus de planta (el gen N) fue caracterizado. Hoy, TMV esta aun en un primer plano de investigación conduciendo al desarrollo de nuevos conceptos en tecnología transgénica para resistencia a virus y desarrollando el virus para actuar como un “caballo de trabajo” para expresar genes externos en plantas para la producción de fármacos y vacunas.
Figura 7 |
Figura 6 |
Figura 11 |
Referencias seleccionadas
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