Citrus Psorosis Virus: Current Insights on a Still Poorly Understood Ophiovirus

Citrus psorosis was reported for the first time in Florida in 1896 and was confirmed as a graft-transmissible disease in 1934. Citrus psorosis virus (CPsV) is the presumed causal agent of this disease. It is considered as a type species of the genus Ophiovirus, within the family Aspiviridae. CPsV genome is a negative single-stranded RNA (-ssRNA) with three segments. It has a coat protein (CP) of 48 kDa and its particles are non-enveloped with naked filamentous nucleocapsids existing as either circular open structures or collapsed pseudo-linear forms. Numerous rapid and sensitive immuno-enzymatic and molecular-based detection methods specific to CPsV are available. CPsV occurrence in key citrus growing regions across the world has been spurred the establishment of the earliest eradication and virus-free budwood programs. Despite these efforts, CPsV remains a common and serious challenge in several countries and causes a range of symptoms depending on the isolate, the cultivar, and the environment. CPsV can be transmitted mechanically to some herbaceous hosts and back to citrus. Although CPsV was confirmed to be seedborne, the seed transmission is not efficient. CPsV natural spread has been increasing based on both CPsV surveys detection and specific CPsV symptoms monitoring. However, trials to ensure its transmission by a soil-inhabiting fungus and one aphid species have been unsuccessful. Psorosis disease control is achieved using CPsV-free buds for new plantations, launching budwood certification and indexing programs, and establishing a quarantine system for the introduction of new varieties. The use of natural resistance to control CPsV is very challenging. Transgenic resistance to at least some CPsV isolates is now possible in at least some sweet orange varieties and constitutes a promising biotechnological alternative to control CPsV. This paper provides an overview of the most remarkable achievements in CPsV research that could improve the understanding of the disease and lead the development of better control strategies.

Citrus Psorosis Virus Movement Protein Contains an Aspartic Protease Required for Autocleavage and the Formation of Tubule-Like Structures at Plasmodesmata

ABSTRACTPlant virus cell-to-cell movement is an essential step in viral infections. This process is facilitated by specific virus-encoded movement proteins (MPs), which manipulate the cell wall channels between neighboring cells known as plasmodesmata (PD). Citrus psorosis virus (CPsV) infection in sweet orange involves the formation of tubule-like structures within PD, suggesting that CPsV belongs to “tubule-forming” viruses that encode MPs able to assemble a hollow tubule extending between cells to allow virus movement. Consistent with this hypothesis, we show that the MP of CPsV (MPCPsV) indeed forms tubule-like structures at PD upon transient expression inNicotiana benthamianaleaves. Tubule formation by MPCPsVdepends on its cleavage capacity, mediated by a specific aspartic protease motif present in its primary sequence. A single amino acid mutation in this motif abolishes MPCPsVcleavage, alters the subcellular localization of the protein, and negatively affects its activity in facilitating virus movement. The amino-terminal 34-kDa cleavage product (34KCPsV), but not the 20-kDa fragment (20KCPsV), supports virus movement. Moreover, similar to tubule-forming MPs of other viruses, MPCPsV(and also the 34KCPsVcleavage product) can homooligomerize, interact with PD-located protein 1 (PDLP1), and assemble tubule-like structures at PD by a mechanism dependent on the secretory pathway. 20KCPsVretains the protease activity and is able to cleave a cleavage-deficient MPCPsVintrans. Altogether, these results demonstrate that CPsV movement depends on the autolytic cleavage of MPCPsVby an aspartic protease activity, which removes the 20KCPsVprotease and thereby releases the 34KCPsVprotein for PDLP1-dependent tubule formation at PD.IMPORTANCEInfection by citrus psorosis virus (CPsV) involves a self-cleaving aspartic protease activity within the viral movement protein (MP), which results in the production of two peptides, termed 34KCPsVand 20KCPsV, that carry the MP and viral protease activities, respectively. The underlying protease motif within the MP is also found in the MPs of other members of theAspiviridaefamily, suggesting that protease-mediated protein processing represents a conserved mechanism of protein expression in this virus family. The results also demonstrate that CPsV and potentially other ophioviruses move by a tubule-guided mechanism. Although several viruses from different genera were shown to use this mechanism for cell-to-cell movement, our results also demonstrate that this mechanism is controlled by posttranslational protein cleavage. Moreover, given that tubule formation and virus movement could be inhibited by a mutation in the protease motif, targeting the protease activity for inactivation could represent an important approach for ophiovirus control.

Caracterización mutacional y funcional de las proteínas de movimiento de ophiovirus

Las plagas de los cultivos son una gran amenaza para la producción agrícola, en particular, las enfermedades virales son responsables de importantes pérdidas económicas en la producción de cultivos de importancia mundial. Los ophiovirus son virus de plantas causantes de importantes enfermedades en cultivos de cítricos, lechuga, arándanos y plantas ornamentales. La psorosis de los cítricos es una enfermedad viral causada por el ophiovirus Citrus psorosis virus (CPsV), que produce un deterioro progresivo de los árboles al afectar sus tejidos conductores. Hasta el momento, no se conocen cultivares resistentes a CPsV. La enfermedad se ha reportado en muchas regiones productoras de cítricos a lo largo de todo el mundo. En nuestro país, se disemina de manera natural, reduciendo la producción de cítricos. La situación de la citricultura en todos los países de nuestra región se encuentra en expansión y constituye una actividad de muy alta importancia económica en la mayoría de éstos, con especial impacto en sus economías. El Big-vein de lechuga es otra enfermedad importante causada por ophiovirus que afecta a las principales áreas de producción de lechuga en nuestra región. El agente etiológico es el ophiovirus Mirafiori lettuce big vein virus (MiLBVV), el cual es transmitido por zoosporas móviles del hongo Olpidium virulentus. El big-vein causa serios problemas en los cultivos de lechuga durante los períodos más fríos del año y afecta a todos los tipos de lechuga que crecen en suelo al aire libre o bajo cubierta, y a los cultivos hidropónicos. La importancia económica de la enfermedad se debe a los síntoma del follaje, que reducen el valor de mercado, y a los retrasos en la formación de la cabeza y la disminución del tamaño de la planta, que reduce la proporción de plantas cosechables, ya que estas plantas suelen ser descartadas en el momento de la cosecha. Los cultivos de arándanos y variedades ornamentales como tulipán, fresia y ranúnculo también se encuentran afectados por ophiovirus. Debido a las pérdidas económicas ocasionadas por los ophiovirus, resulta de interés comprender el proceso infectivo responsable de las enfermedades causadas por estos virus para el diseño de nuevas estrategias que ayuden a controlar su diseminación. En este trabajo de tesis, se realizó un análisis exhaustivo de la secuencia y la predicción de estructura secundaria, junto con estudios funcionales sobre las MPs de esta familia de virus segmentados negativos. Se encontró que la MP de los ophiovirus es un miembro aislado de la superfamilia 30K, con una organización estructural única. En los ophiovirus, el ácido aspártico conservado dentro de este dominio es necesario para aumentar el tamaño límite de exclusión molecular de los plasmodesmos, para mantener su capacidad NCAP y para dirigir el movimiento célula a célula de un vector viral de TMV deficiente en tal movimiento. Además, hemos logrado identificar otros posibles dominios y motivos funcionales presentes en la MP de CPsV, involucrados tanto en su localización subcelular como en su actividad como proteína de movimiento viral. Así, se encontró una NLS_BP funcional entre los aminoácidos 255 y 271, y la presencia de una posible señal de localización en plasmodesmos y de un péptido de tránsito a cloroplastos, ambos presentes en la región amino terminal de la MP. Encontramos que la región C-terminal es necesaria para que la proteína conserve la actividad proteasa, sin embargo, no sería necesaria para la función de movimiento célula a célula de la MP. Los ensayos de movimiento sistémico con virus híbridos, nos permitieron mostrar las primeras evidencias que afirman la idea de que el transporte sistémico de los ophiovirus estaría regulado por sus MP. Por ensayos de coinmunoprecipitación, hemos logrado identificar un número importante de proteínas de la planta que estarían interaccionando con la MP de CPsV. Por búsqueda bibliográfica, se encontró que un alto porcentaje de éstas participan en el transporte celular de macromoléculas y en las distintas etapas de expresión génica. También se identificaron una cantidad significativa de chaperonas, de proteínas asociadas con la respuesta frente a patógenos y hormonas, y de proteínas del sistema ubiquitina-proteasoma. Por último, se confirmó la localización de la proteína 24K en nucléolo, Cajal bodies, microtúbulos y posiblemente D-bodies. Por medio de un análisis bioinformático, seguido del correspondiente análisis mutacional, se encontró la presencia de una posible señal de exportación nuclear que sería requerida para la correcta localización nucleolar de la proteína. Además, se encontró un posible motivo WG/GW de unión a la proteína argonauta que sería necesario para la localización de 24K en D-bodies. La región carboxilo terminal sería requerida para la acumulación de la proteína en nucléolo, mientras que la región amino terminal estaría involucrada en la acumulación de la proteína en agregados en nucleoplasma.