[ES] Hoy en día, los virus de las plantas no sólo se perciben como patógenos, sino que también son capaces de establecer una asociación beneficiosa con sus huéspedes y colaborar desde un punto de vista biotecnológico. El virus, como vector, puede ser una herramienta para introducir genes heterólogos en la planta, que se procesarán junto con la información viral y producirán valiosas proteínas recombinantes, metabolitos o nanopartículas. Los vectores virales también son capaces de interferir con la maquinaria de silenciamiento de la planta dando prioridad a los genes virales. Los potyvirus son virus de ARN de plantas, que codifican principalmente una poliproteína con unas diez proteínas maduras con diferentes funciones, de las cuales las responsables de la supresión del silenciamiento son la proteína componente auxiliar (HC-Pro) y la proteína viral ligada al genoma (VPg). En la primera parte de este trabajo, utilizamos un aislado suave del virus del mosaico de la sandía (WMV; género Potyvirus, familia Potyviridae) para construir un vector para el silenciamiento génico inducido por virus (VIGS) en plantas de melón. Utilizando este virus como vector, expresamos un fragmento de ARNm de la Fitoeno desaturasa (PDS) de melón en las modalidades sentido, antisentido y horquilla para investigar el efecto de la construcción viral en el silenciamiento génico. Los resultados mostraron una expresión estable del fragmento de secuencia insertado en la planta en ambas orientaciones, sentido y antisentido, mientras que en la modalidad de horquilla el inserto se perdió pronto. Sin embargo, las tres construcciones indujeron el silenciamiento del gen PDS endógeno. Se confirmó la utilidad del WMV para el análisis genético inverso en melón expresando un fragmento de la subunidad I de la quelatasa de magnesio (CHLI). En general, nuestros resultados apoyaron que el vector WMV es útil para aplicar la tecnología VIGS en melón y, posiblemente, en otras cucurbitáceas. En la segunda parte de este trabajo, con el objetivo de fortificar las frutas comestibles con metabolitos promotores de la salud, se utilizó un vector de ARN viral derivado del virus del mosaico amarillo del calabacín (ZYMV; género Potyvirus, familia Potyviridae) para expresar una fitoeno sintasa bacteriana (crtB) en los frutos del calabacín (Cucurbita pepo L.). Esta enzima cataliza el primer paso de la biosíntesis de carotenoides. La expresión de la crtB mediada por el ZYMV dio lugar a la sobreacumulación de una serie de metabolitos de carotenoides y tocoferoles, concretamente α- y β-caroteno (provitamina A), luteína y fitoeno, así como α- y γ-tocoferol (vitamina E), tanto en la piel como en la pulpa del calabacín. Este resultado ilustra cómo se pueden enriquecer metabólicamente las frutas comestibles utilizando vectores virales sin modificar el genoma de la planta. / [CA] A dia de hui, els virus de les plantes no sols es perceben com a patògens, sinó que també són capaços d'establir una associació beneficiosa amb els seus hostes i col·laborar des d'un punt de vista biotecnològic. El virus, com a vector, pot ser una eina per a introduir gens heteròlegs en la planta, que es processaran juntament amb la informació viral i produiran valuoses proteïnes recombinants, metabòlits o nanopartícules. Els vectors virals també són capaços d'interferir amb la maquinària de silenciament de la planta donant prioritat als gens virals. Els potyvirus són virus d'ARN de plantes, que codifiquen principalment una poliproteïna d'unes deu proteïnes madures amb diferents funcions, de les quals les responsables de la supressió del silenciament són la proteïna component auxiliar (HC-Pro) i la proteïna viral lligada al genoma (VPg). En la primera part d'aquest treball, utilitzem un aïllat suau del virus del mosaic del meló d'Alger (WMV; gènere Potyvirus, família Potyviridae) per a construir un vector per al silenciament gènic induït per virus (VIGS) en plantes de meló. Utilitzant aquest virus com a vector, expressem un fragment d'ARNm de la Fitoeno desaturasa (PDS) del meló en les modalitats de sentit, antisentit i forqueta per a investigar l'efecte de la construcció viral en el silenciament gènic. Els resultats van mostrar una expressió estable del fragment de seqüència inserit en la planta en totes dues orientacions, sentit i antisentit, mentre que en la modalitat de forqueta l'inserit es va perdre prompte. No obstant això, les tres construccions van induir el silenciament del gen PDS endogen. Es va confirmar la utilitat de la WMV per a l'anàlisi genètica inversa en meló expressant un fragment de la Subunitat I de la quelatasa de magnesi (CHLI). En general, els nostres resultats van secundar que el vector WMV és útil per a aplicar la tecnologia VIGS en meló i, possiblement, en altres cucurbitáceas. En la segona part d'aquest treball, amb l'objectiu de fortificar les fruites comestibles amb metabòlits promotors de la salut, es va utilitzar un vector d'ARN viral derivat del virus del mosaic groc de la carabasseta (ZYMV; gènere Potyvirus, família Potyviridae) per a expressar una fitoeno sintasa bacteriana (crtB) en els fruits de la carabasseta (Cucurbita pepo L.). Aquest enzim catalitza el primer pas compromés de la biosíntesi de carotenoides. L'expressió de la crtB mediada pel ZYMV va donar lloc a la sobreacumulación d'una sèrie de metabòlits de carotenoides i tocoferoles, concretament α- i β caroté (provitamina A), luteïna i fitoeno, així com α- i γ--tocoferol (vitamina E), tant en la pell com en la polpa de la carabasseta. Aquest resultat il·lustra com es poden enriquir metabólicamente les fruites comestibles utilitzant vectors virals sense modificar el genoma de la planta. / [EN] Nowadays, plant viruses are not only perceived as pathogens, but also able to build a beneficial partnership with their hosts and co-work together from a biotechnological view. The virus, as a vector, can be a tool to introduce heterologous genes into the plant, which will process together with the viral information and produce valuable recombinant proteins, metabolites or nanoparticles. Viral vectors are also able to interfere with plant silencing machinery giving priority to the viral genes. Potyviruses are plant RNA viruses, mainly encoding a polyprotein of about ten mature proteins with different functions, from which the responsible of silencing suppression are helper-component proteinase (HC-Pro) and the viral protein genome-linked (VPg). In the first part of this work, we used a mild isolate of Watermelon mosaic virus (WMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) to build a vector for virus induced gene silencing (VIGS) in melon plants. Using this virus as a vector, we expressed a fragment of melon Phytoene desaturase (PDS) mRNA in sense, antisense, and hairpin modalities to investigate the effect of the viral construct on gene silencing. The results showed a stable expression of the inserted sequence fragment in the plant in both sense and antisense orientations, whereas in the hairpin modality the insert was soon lost. Yet, all three constructs induced silencing of the endogenous PDS gene. The usefulness of the WMV for reverse genetic analysis in melon was confirmed expressing a fragment of Magnesium chelatase subunit I (CHLI). Overall, our results supported that the WMV vector is useful to apply the VIGS technology in melon and, possibly, other cucurbits. In the second part of this work, with the aim to fortify edible fruits with health promoting metabolites, a viral RNA vector derived from Zucchini yellow mosaic virus (ZYMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) was used to express a bacterial phytoene synthase (crtB) in zucchini (Cucurbita pepo L.) fruits. This enzyme catalyzes the first committed step of carotenoid biosynthesis. The crtB expression mediated by ZYMV resulted in the overaccumulation of a range of carotenoids and tocopherols metabolites, namely α- and ß-carotene (pro-vitamin A), lutein and phytoene, as well as α- and γ-tocopherol (vitamin E), in both zucchini rind and flesh. This result illustrates how edible fruits can be metabolically fortified using viral vectors without plant genome modification. / This research was supported by grants BIO2017-83184-R, AGL2017-85563-C2-1-R and RTA2017-00061-C03-03 from Ministerio de Ciencia e Innovación (Spain), through Agencia Estatal de Investigación (cofinanced European Regional Development Fund). / Houhou, F. (2021). Biotechnological Application of Potyvirus-Based Vectors in Cucurbit Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177644 / TESIS

Para que el proceso infeccioso de un virus de plantas tenga éxito la progenie viral tiene que propagarse desde las primeras células infectadas al resto de la planta; inicialmente se moverá célula a célula a través de los plasmodesmos (PDs) hasta alcanzar el sistema vascular, lo cual le permitirá invadir las partes distales de la planta. En este proceso, las proteínas de movimiento (MPs), junto con la colaboración de otros actores secundarios, desempeñan un papel relevante. El conocimiento de la posible asociación de las MPs con estructuras u orgánulos celulares así como de la interacción con factores del huésped es de vital importancia para poder desarrollar estrategias antivirales que permitan una mejora en la producción de los cultivos. Además, este tipo de estudios no sólo han posibilitado un mayor conocimiento de las respuestas al estrés en plantas sino que han sido pioneros en desentrañar los mecanismos de translocación intercelular de factores celulares implicados en los procesos de desarrollo de las plantas. Las MPs virales se clasifican en familias/grupos en función de su grado de similitud. Los virus, cuyas MPs pertenecen a la Superfamilia 30K, expresan una única MP encargada de orquestar el movimiento intra- e intercelular de genoma viral. En el Capítulo 1 de la presente Tesis se ha caracterizado la asociación de la MP del Virus del mosaico del tabaco (TMV), miembro tipo de la familia 30K, al sistema de endomembranas. Mediante el uso de aproximaciones in vivo se ha estudiado la eficiencia de inserción de sus regiones hidrofóbicas (HRs) en la membrana del retículo endoplasmático (ER). Nuestros resultados demuestran que ninguna de las dos HRs de la MP es capaz de atravesar las membranas biológicas y que la alteración de la hidrofobicidad de la primera HR es suficiente para modificar su asociación a la membrana. En base a los resultados obtenidos, proponemos un modelo topológico en el cual la MP del TMV se encontraría fuertemente asociada a la cara citosólica de la membrana del ER, sin llegar a atravesarla. La observación de que i), el modelo propuesto es compatible con otros motivos, previamente caracterizados, de la MP de TMV y ii), concuerda con la topología descrita para otras MPs de la familia 30K, permite cuestionar el modelo establecido desde el año 2000 para la MP de TMV así como predecir, en base a la conservada estructura secundaria de las MPs de esta familia, una topología similar para todos sus componentes. Para el transporte intercelular de los virus de plantas se han descrito tres modelos en base a la capacidad de transportar complejos ribonucloeprotéicos, a través de PD modificados, formados por el RNA viral y la MP (ej. MP de TMV) más la proteína de cubierta (ej. MP del virus del mosaico del pepino, CMV) o la capacidad de transportar viriones a través estructuras tubulares formadas por la MP (ej. MP del Virus del mosaico del caupí, CPMV). A pesar de las diferencias observadas entre los tres modelos, las MPs representativas de cada uno de ellos pertenecen a la misma familia 30K y son funcionalmente intercambiables (MPs de TMV, CMV, CPMV, Virus del mosaico del Bromo -BMV- o Virus de los anillos necróticos de los prunus -PNRSV-) por la MP del Virus del mosaico de la alfalfa (AMV), para el transporte a corta distancia. Con el objeto de comprender la versatilidad que presentan las MPs en cuanto al movimiento viral, hemos analizado la capacidad de estas MPs heterólogas de transportar sistémicamente el genoma quimérico del AMV. El estudio ha revelado que todas las MPs analizadas permiten el transporte del genoma quimera a las partes distales de la planta, independientemente del modelo descrito para el transporte a corta distancia, aunque requieren la extensión de los 44 aminoácidos C-terminales de la MP del AMV. Además, para todas las ellas, excepto para la MP del TMV, se ha establecido una relación entre la capacidad de movimiento local y la presencia del virus en las hojas no inoculadas de la planta, indicando la existencia de un umbral de transporte célula a célula, por debajo del cual, el virus es incapaz de invadir sistémicamente la planta. Durante el proceso de infección viral, las MPs interaccionan tanto con otras proteínas de origen viral como de la planta huésped. La interacción entre las MPs y dichos factores de la planta afectan a la patogénesis viral, facilitando u obstaculizando el movimiento intra- o intercelular del virus. En el Capítulo 3 del presente trabajo hemos demostrado la interacción entre la MP del AMV y dos miembros de la familia de Patellinas de arabidopsis, Patellin 3 (atPATL3) y Patellin 6 (atPATL6), mediante el sistema de los dos híbridos de levadura y ensayos de reconstitución bimolecular de la fluorescencia. Nuestros resultados, en general, demuestran que la interacción entre la MP-PATLs obstaculizaría un correcto direccionamiento de la MP al PD, dando lugar a un movimiento intracelular menos eficiente de los complejos virales, que forma la MP, y disminuyendo el movimiento célula a célula del virus. Podríamos estar hablando de un posible mecanismo de defensa de la planta, dirigido a evitar la invasión sistémica del huésped. En este sentido, las MPs virales pueden ser buenos candidatos para el desarrollo de estrategias antivirales dado que cualquier respuesta de defensa de la planta que, a priori, reduzca el transporte célula a célula del virus, puede representar la diferencia entre una infección local o sistémica, como hemos observado en el Capítulo 2 del presente trabajo. Los virus, a su vez, también son capaces de evolucionar hacia variantes más eficaces, que permitan superar las diferentes barreras defensivas de la planta huésped. En este contexto hemos identificado a la MP del Virus del bronceado del tomate (TSWV) como determinante de avirulencia en la resistencia mediada por el gen Sw-5. Del mismo modo, comprobamos que el cambio de 1-2 residuos de amino ácidos de la MP de TSWV fue suficiente para superar la resistencia pero que a la vez, y posiblemente debido a las altas restricciones que conlleva el reducido genoma de un virus, afectaron a la eficiencia de la MP. / Peiró Morell, A. (2014). Proteínas de movimiento de la familia 30K:interacción con membranas biológicas y factores proteicos y su implicación en el transporte viral [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48471 / TESIS