[EN] Previous results obtained in the research group where this thesis has been performed shown that the MNSV uses the cellular secretory pathway, through its membrane protein DGBp2 (p7B) to reach the cell periphery. Knowledge about signals/motifs of membrane proteins that facilitate or permit such transport was then rather scarce. In this work we determined the residues involved in the transport of a viral transmembrane protein through the early secretory pathway (DGBp2, MNSV p7B). The residues involved are located in both the Nt (cytosolic) and Ct region (luminal) being one of the first examples in plants of a luminal ER export signal. With this information we have proposed a model in which after insertion and correct folding of the protein in the ER membrane, the luminal Ct of p7B interacts through the K49 residue with a transmembrane adapter associated with the actin cytoskeleton for movement and concentration in the RE-cortical. Nt cytoplasmic seems to be necessary to associate with the COPII vesicle components. Moreover, we have deepened in the study of the interactome of the carmovirus MPs and we have identified through a two-hybrid assay (Y2H), three cellular proteins capable of interacting with three DGBp1 from three different carmovirus (MNSV, TCV and CarMV). These cellular factors are the 60S ribosomal protein P3 (RPP3A), the g subunit of the translation initiation factor 3 (eIF3g) and the transcription factor WRKY36. These interactions were confirmed by BiFC. Furthermore, mutagenesis assays showed that binding domain of these DGBp1 is a FNF conserved domain at the very Ct end. The fact that these three proteins interact with the same host factors suggest a possible mechanism common to most if not all carmoviruses. The unstructured Nt region of MNSV CP, as for other RNA viruses, generally is responsible for viral RNA binding so it is usually called R domain. By using substitution and deletion mutants, we have shown that this R domain (which in MNSV comprising the first 94 residues) is not involved only in the packaging and binding of the viral genome, but is also responsible of CP multifunctionality. By EMSA assays with deletion mutants we could determine that the R domain was essential for binding of RNA. It was further noted that within the R domain there was a conserved region between aa 60 to 91 region, which appears to play a role in both the genomic RNA binding and in vitro encapsidation of subgenomic RNAs. However, in packaging assays, it was observed that the R domain is essential for full genome encapsidation and that the region between residue 31 and 91 is required for both cell to cell and systemic movement. Finally, using PVX as an expression vector, we showed that MNSV CP can act as a suppressor of silencing most likely by sequestering sRNAs. With very few exceptions, plant viruses use the phloem to move from infection sites to distal parts of the plant. In order to know the phloem proteome of infected plants and to identify in the future potential host proteins that facilitate or hinder the systemic transport of viruses, in the last chapter we conducted a comparative proteomic analysis by 2D-DIGE between phloem of MNSV-infected and healthy melon plants. From a total of 1046 spots, 25 were detected having significant abundance changes between the two conditions. After mass spectrometric analysis, 22 spots corresponding to 19 protein, were identified (13 of which were overrepresented and 9 had decreased abundance). Many of the identified proteins were involved in cell death and control of redox homeostasis. Two of these 19 proteins were never described in phloem proteomic assays. / [ES] Resultados previos obtenidos en el grupo de investigación donde se ha realizado la presente Tesis habían puesto de manifiesto que el MNSV utiliza la ruta de secreción celular, a través de su proteína de membrana DGBp2 (p7B), para alcanzar la periferia celular. Hasta el momento de realizar la presente Tesis los conocimientos sobre las señales/motivos de las proteínas de membrana que facilitan o permiten dicho transporte eran más bien escasos. En este trabajo hemos determinado los residuos implicados en la salida de una proteína transmembrana viral en la ruta de secreción temprana (DGBp2, p7B MNSV). Los residuos implicados se encuentran tanto en la región Nt (citosólica) como en la Ct (luminal) siendo éste uno de los primeros ejemplos descritos en plantas de señal luminal de salida de RE. Con todos estos datos se ha propuesto un modelo en el que después de la inserción y correcto plegamiento de la proteína en la membrana del RE, el Ct luminal de p7B interacciona a través del residuo K49 con un adaptador transmembrana asociado al citoesqueleto de actina para su movimiento y concentración en el RE cortical. El motivo Nt citoplasmático sería necesario para el ensamblaje de la vesícula COPII. Por otra parte se ha profundizado en el estudio del interactoma de las MPs de los carmovirus y se han identificado, mediante un ensayo de doble híbrido (Y2H), tres proteínas celulares capaces de interaccionar con tres DGBp1 procedentes de tres carmovirus diferentes (MNSV, TCV y CarMV). Estos factores celulares son la proteína P3 del ribosoma 60S (RPP3A), la subunidad g del factor de iniciación de la traducción 3 (eIF3g) y el factor de transcripción WRKY36. Estas interacciones fueron confirmadas por BiFC. Además, mediante ensayos de mutagénesis se demostró que el dominio de unión de estas DGBp1 es un dominio Ct (FNF) conservado. El hecho de que estas tres proteínas interaccionen con los mismos factores sugiere un posible mecanismo común para todos o la mayor parte de los carmovirus. Las CPs virales constituyen el paradigma de la multifuncionalidad proteica y, además de su obvio papel estructural, intervienen en un gran número de procesos del ciclo viral, incluyendo el transporte del RNA viral. La región Nt desestructurada de la CP del MNSV, al igual que para otros virus de RNA, generalmente es la encargada de unir el RNA viral por lo que se le suele llamar dominio R. Mediante mutantes de deleción y sustitución se ha demostrado que este dominio R (que en el MNSV comprende los primeros 94 residuos) no interviene solo en la encapsidación y unión del genoma viral, sino que es la responsable de la multifuncionalidad de la CP. Mediante EMSAs con mutantes de deleción se pudo determinar que la región R es esencial para la unión del RNA. Además se observó que dentro del dominio R se encuentra una región conservada entre los aa 60 al 91, que parece desempeñar un papel tanto en la unión de RNA genómico in vitro como en la encapsidación de RNAs subgenómicos. Sin embargo, en ensayos de encapsidación se observó que todo el dominio R es esencial para la encapsidación del genoma completo y que la región comprendida entre el residuo 31 y el 91 es necesaria para el movimiento tanto célula a célula como sistémico. Finalmente, utilizando PVX como vector de expresión, se demostró que la CP del MNSV puede actuar como un supresor del silenciamiento mediante la unión a los sRNAs. Con objeto de conocer el proteoma del floema de plantas infectadas y poder en el futuro identificar posibles proteínas del huésped que faciliten o dificulten el transporte sistémico de los virus, en el último capítulo se llevó a cabo un análisis proteómico comparativo, mediante 2D-DIGE, entre floemas de plantas de melón infectadas con MNSV y plantas sanas. Se detectaron 1046 spots de los cuales 2 poseían cambios significativos entre las dos condiciones Dos de estas 19 proteínas no habían sido descritas previamente en ens / [CAT] Resultats previs obtinguts en el grup de recerca on s'ha realitzat la present Tesi havien posat de manifest que el MNSV utilitza la ruta de secreció cel·lular, a través de la seva proteïna de membrana DGBp2 (p7B), per arribar-hi a la perifèria cel·lular. Fins al moment de realitzar la present Tesi els coneixements sobre els senyals/motius de les proteïnes de membrana que faciliten o permeten aquest transport eren més aviat escassos. En aquest treball hem determinat els residus implicats en el transport d'una proteïna transmembrana viral a través de la ruta de secreció primerenca (DGBp2, p7B MNSV). Els residus implicats es troben tant a la regió Nt (citosòlica) com en la Ct (luminal) sent aquest un dels primers exemples descrits en plantes de senyal luminal de sortida de RE. Amb totes aquestes dades s'ha proposat un model en el qual després de la inserció i correcte plegament de la proteïna en la membrana del RE, el Ct luminal de p7B interacciona a través del residu K49 amb un adaptador transmembrana associat al citoesquelet d'actina per al seu moviment i concentració en el RE cortical. El motiu Nt citoplasmàtic caldria per a l'acoblament de la vesícula COPII. D'altra banda s'ha aprofundit en l'estudi del interactoma de les MPs dels carmovirus i s'han identificat, mitjançant un assaig de doble híbrid (Y2H), tres proteïnes cel·lulars capaces d'interaccionar amb tres DGBp1 procedents de tres Carmovirus diferents (MNSV, TCV i CarMV). Aquests factors cel·lulars són la proteïna P3 del ribosoma 60S (RPP3A), la subunitat g del factor d'iniciació de la traducció 3 (eIF3g) i el factor de transcripció WRKY36. Aquestes interaccions van ser confirmades per BiFC. A més, mitjançant assajos de mutagènesi es va demostrar que el domini d'unió d'aquestes DGBp1 és un domini Ct (FNF) conservat. El fet que aquestes tres proteïnes interaccionen amb els mateixos factors suggereix un possible mecanisme comú per a tots o la major part dels carmovirus. Les CPs virals constitueixen el paradigma de la multifuncionalitat proteica i, a més del seu obvi paper estructural, intervenen en un gran nombre de processos del cicle viral, incloent el transport de l'RNA viral. La regió Nt desestructurada de la CP del MNSV, igual que per altres virus de RNA, generalment és l'encarregada d'unir l'RNA viral pel que se li sol cridar domini R. Mitjançant mutants de deleció i substitució s'ha demostrat que aquest domini R (que en el MNSV comprèn els primers 94 residus) no intervé només a la encapsidación i unió del genoma viral, sinó que és la responsable de la multifuncionalitat de la CP. Mitjançant EMSAs amb mutants de deleció es va poder determinar que el domini R essencial per a la unió de l'RNA. A més es va observar que dins del domini R es troba una regió conservada entre els aa 60 al 91, que sembla tenir un paper tant en la unió de RNA genòmic in vitro com en l'encapsidació de RNAs subgenómicos. No obstant això, en assajos d'encapsidació es va observar que tot el domini R és essencial per a l'encapsidació del genoma complet i que la regió compresa entre el residu 31 i el 91 és essencial per al moviment tant cèl·lula a cèl·lula com sistèmic. Finalment, utilitzant PVX com a vector d'expressió, es va demostrar que la CP del MNSV pot actuar com un supressor de silenciament mitjançant la unió als sRNAs. Amb l'objecte de conèixer el proteoma del floema de plantes infectades i poder en el futur identificar possibles proteïnes de l'hoste que facilitin o dificultin el transport sistèmic dels virus, en l'últim capítol es va dur a terme una anàlisi proteòmic comparatiu, mitjançant 2D-DIGE, entre floemas de plantes de meló infectades amb MNSV i plantes sanes. Es van detectar 1046 espots dels quals 25 tenien canvis significatius entre les dues condicions. Després de sotmetre les proteïnes a una anàlisi d'espectrometria de masses , es van identificar 19 proteïnes que corresponien a 22 espots Dues / Serra Soriano, M. (2016). Relación estructura-función de las proteínas virales implicadas en el movimiento de los carmovirus y su interacción con factores celulares [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61634 / TESIS

[ES] Los virus de plantas son los agentes causales de un gran número de enfermedades en plantas que ocasionan grandes pérdidas económicas. El virus de las manchas necróticas del melón (MNSV), es un pequeño virus de RNA monocatenario de polaridad positiva, perteneciente al género Gammacarmovirus, cuyo genoma codifica cinco proteínas. La proteína de cubierta (CP), está formada por tres dominios distintos. El descubrimiento de un péptido de transito dual en la región amino-terminal de la CP fue el punto de partida de esta tesis. Al inicio de una infección por MNSV, la CP nuevamente sintetizada es transportada al interior de cloroplastos y mitocondrias mientras que, una parte mucho menor se mantiene en el citoplasma aumentando a medida que avanza la infección. La inhibición de este transporte dual conlleva un aumento de la actividad supresora del silenciamiento del RNA de la CP. Sin embargo, la infección sistémica se ve particularmente afectada. Por tanto, la acumulación de la CP en el citoplasma puede provocar un aumento de la replicación viral pero a su vez una sobreexpresión de la p29, puede provocar una explosión oxidativa y una necrosis que restringe el movimiento viral. De este modo, el transporte de la CP a los orgánulos podría evitar una replicación viral excesiva mediante la modulación de la actividad supresora para gestionar el equilibrio entre la defensa de la planta y la contradefensa viral favoreciendo una interacción compatible entre ambos. Desafortunadamente, Arabidopsis thaliana no es huésped para el MNSV. Por tanto, para entender mejor el transporte de la CP a estos orgánulos, se identificaron los receptores y los poros de los translocones de las membranas externas de las mitocondrias y los cloroplastos en Nicotiana benthamiana. Esta caracterización funcional se realizó principalmente mediante VIGS y RT-qPCR, que mostró una redundancia funcional mayor que la observada entre los homólogos de Arabidopsis. Además, esta herramienta también se utilizó para evaluar la relevancia de cada componente bajo la infección por MNSV, y junto con los estudios de interacción CP-receptor realizados mediante BiFC y Y2H, nos permitió identificar NbToc159A para cloroplastos y NbOm64 para mitocondrias, como principales receptores. A su vez, el silenciamiento de NbToc34, NbToc75 o NbTom40 resultó en una resistencia generalizada no solo a MNSV sino también al virus del arrugamiento del nabo (TCV) y al virus del moteado del clavel (CarMV), lo que respalda la idea actualmente aceptada y que involucra el estado fisiológico del cloroplasto y la mitocondria en la señalización temprana de la respuesta defensiva. Finalmente, se realizó una búsqueda de factores del huésped que interaccionasen con la CP mediante con TurboID, una ligasa de biotina, que permite la detección de interacciones tanto directas e indirectas como transitorias y estables. Así, se obtuvo un gran número de proteínas candidatas utilizando la CP de MNSV y su mutante de localización citoplásmica, ∆NtCP. Tres de ellas, NbSIK1, NbSMU2 y NbMAP3K mostraron un efecto perjudicial constante y repetitivo sobre la acumulación del RNA viral. Después de la validación de las interacciones mediante otro método, y el análisis de la localización subcelular de la CP bajo el silenciamiento del interactor correspondiente, se establecieron dos hipótesis principales. En primer lugar, dado que la función principal de NbSMU2 está relacionada con el procesamiento y regulación del RNA mensajero, esta proteína podría ser secuestrada por la CP provocando la expresión de genes provirales. Por otro lado, NbSIK1 y NbMAP3K, actúan como reguladores positivo y negativo de la respuesta PTI a la infección, respectivamente. Además, ambas proteínas interaccionan entre sí y forman parte de la cascada de MAP quinasas, por lo que en nuestra segunda hipótesis, la CP interaccionaría con este complejo, promoviendo una regulación negativa de la PTI que facilitaría el desarrollo de la infección. / [CA] Els virus de plantes són els principals causants de la major part de malalties en plantes i les consegüents pèrdues econòmiques. El virus de les taques necròtiques del meló (MNSV) és un virus menut d'RNA monocatenari de polaritat positiva, pertanyent al gènere Gammacarmovirus, el genoma del qual codifica cinc proteïnes. La proteïna de coberta (CP) està formada per tres dominis diferents. El descobriment d'un pèptid de trànsit dual a la part aminoterminal de la CP va ser el punt de partida d'aquesta tesi. A l'inici d'una infecció per MNSV, la CP novament sintetitzada és transportada a l'interior dels cloroplasts i mitocondris mentre que, una part molt menor es manté al citoplasma augmentant a mesura que avança la infecció. La inhibició d'aquest transport dual comporta un augment de l'activitat supressora del silenciament de l'RNA de la CP. No obstant això, la infecció sistèmica es va frenar. Per tant, l'acumulació de la CP al citoplasma pot provocar un augment de la replicació viral però alhora una sobreexpressió de la p29, una replicasa auxiliar que ocasiona alteracions morfològiques als mitocondris, una explosió oxidativa i necrosi que restringeix el moviment viral. D'aquesta manera, el transport de la CP als orgànuls podria evitar una replicació viral excessiva mitjançant la modulació de l'activitat supressora per gestionar l'equilibri entre defensa de la planta i contradefensa viral que condueixen a una interacció compatible entre tots dos. Per entendre millor el mecanisme molecular que regeix el transport de la CP a aquests orgànuls, es van identificar els receptors i els porus dels translocon de les membranes externes dels mitocondris i els cloroplasts a Nicotiana benthamiana. Aquesta caracterització funcional es va realitzar principalment mitjançant VIGS i RT-qPCR, que va mostrar una redundància funcional més gran que l'observada entre els homòlegs d'Arabidopsis. A més, aquesta eina també es va utilitzar per avaluar la rellevància de cada component sota la infecció per MNSV, i juntament amb els estudis d'interacció CP-receptor realitzats mitjançant BiFC i Y2H, ens va permetre identificar a NbToc159A per a cloroplasts i NbOm64 per a mitocondris, com els principals receptors implicats en el transport de la CP a aquests orgànuls. Alhora, el silenciament de NbToc34, NbToc75 o NbTom40 va resultar en una resistència generalitzada a MNSV, TCV i CarMV, la qual cosa recolza la idea que circula actualment i que involucra l'estat fisiològic del cloroplast i el mitocondri en la senyalització primerenca de la resposta defensiva. Finalment, es va fer una cerca de factors de l'hoste que interaccionessin amb la CP mitjançant la innovadora tècnica de marcatge de proximitat amb TurboID, una lligasa de biotina, que permet la detecció d'interaccions tant directes i indirectes com transitòries i estables. Així, es va obtenir un gran nombre de proteïnes candidates utilitzant la CP de MNSV i el seu mutant de localització citoplàsmica, ∆NtCP. Tres de elles, NbSIK1, NbSMU2 i NbMAP3K van mostrar un efecte perjudicial constant i repetitiu sobre l'acumulació de l'RNA viral. Després de la validació de les interaccions mitjançant un altre mètode, i l'examen de la localització subcel·lular de la CP sota el silenciament de cada interactor, es van establir dues hipòtesis principals. En primer lloc, atès que la funció principal de NbSMU2 està relacionada amb el processament i la regulació de l'RNA missatger, aquesta proteïna podria ser segrestada per la CP provocant l'expressió de gens provirals. D'altra banda, NbSIK1 i NbMAP3K actuen com a reguladors positiu i negatiu de la resposta PTI a la infecció, respectivament. A més, les dos proteïnes interaccionen entre si i formen part de la cascada de MAP quinases, per la qual cosa en la nostra segona hipòtesi, la CP interaccionaria amb aquest complex, promovent una regulació negativa de la PTI que facilitaria el desenvolupament de la infecció. / [EN] Plant viruses are the causal agents of many plant diseases and the subsequent economic losses, estimated to be US$60 billion worldwide each year. The melon necrotic spot virus (MNSV) is a small, single-stranded, positive-sense RNA virus that belongs to the genus Gammacarmovirus and encodes five proteins. The coat protein (CP) is composed of three distinct domains. The discovery of a dual transit peptide in the amino-terminal part of the CP was the starting point of this thesis. Early in MNSV infection, the new synthesized CP is imported into chloroplasts and mitochondria, while the cytoplasmic pool increases as the infection progresses. Inhibiting this dual transport leads to an increase in the RNA silencing suppressor activity of the CP. However, far from resulting in an enhanced infection development, systemic spread was impaired. Therefore, the accumulation of cytoplasmic CP may cause an increase in viral replication and overexpression of p29, an auxiliary replicase that causes morphological alterations, ROS, and necrosis that may restrict viral movement. Thus, a new role for CP targeting would be to avoid excessive viral replication by modulating the suppressor activity to manage the balance between plant defense and viral counter-defense, leading to a compatible interaction. Unfortunately, Arabidopsis thaliana is not a host for MNSV. Thus, to better understand the molecular mechanism behind the CP dual targeting, the receptors and pores of the Nicotiana benthamiana mitochondrial and chloroplast outer membrane translocons were genome identified, and some functional characterization was carried out. We assigned the following names NbToc75-III, NbToc34, NbToc90, NbToc120, NbToc159A, NbToc159B, NbTic22-III for chloroplast translocon components, and NbTom40, NbTom20-1, NbTom20-2, NbOm64 for mitochondrion translocon components. The functional characterization was mainly carried out by virus-induced gene silencing (VIGS) and RT-qPCR, revealing a functional redundancy higher than that reported for Arabidopsis homologs. Additionally, VIGS was also used to evaluate the relevance of each translocon component in MNSV infection, and together with CP-receptor interaction studies performed by BiFC and Y2H, allowed us to identify NbToc159A for chloroplasts and NbOm64 for mitochondria as the main receptors involved in the CP organelle import. Moreover, silencing of NbToc34, NbToc75, or NbTom40 resulted in a generalized resistance not only to MNSV but also to turnip crinkle virus (TCV), and carnation mottle virus (CarMV), supporting the current idea that involves the chloroplast and mitochondrion physiological state in early defense response signaling. Finally, a search for host factors interacting with the CP was performed by the innovative TurboID proximity labeling tool, which allows the detection of both direct/indirect and transient/stable interactions. Thus, a large number of candidate proteins were obtained that interacted either with the MNSV CP or with ∆NtCP, a cytoplasm-localized mutant. Three of them, NbSIK1, NbSMU2, and NbMAP3K, showed a consistent and repetitive detrimental effect on MNSV RNA accumulation. After the validation of the interactions using another method and the analysis of the subcellular localization of the MNSV CP under each interactor silencing, two main hypotheses were proposed. Firstly, since the main function of NbSMU2 is related to messenger RNA regulation by splicing, this protein could be sequestered by the CP, causing the expression of proviral genes. On the other hand, NbSIK1 and NbMAP3K act as positive and negative regulators of the PTI response to infection, respectively. Moreover, both proteins interact with each other and are part of the MAP kinase cascade, so in our second hypothesis, CP would interact with this complex, promoting a negative regulation of PTI that would facilitate viral infection. / La autora ha disfrutado de un contrato predoctoral de formación de personal investigador (FPI) (PRE-2018-84130) otorgado por el Ministerio de Ciencia e Innovación asociado al proyecto BIO2017-88321-R. Este trabajo de tesis doctoral ha sido realizado con el apoyo económico de los proyectos de investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación, BIO2017-88321-R y PID2020-115571RB- I00. / Sáiz Bonilla, M. (2023). Deciphering the intracellular dual targeting of the melon necrotic spot virus coat protein, its interaction with host factors and their roles in plant defense [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195836