Remolacha azucarera (Beta vulgar) contribuyen con el 14-20% de la sacarosa cruda producida en todo el mundo, mientras que el resto de la producción de azúcar proviene principalmente de Caña de azucar. Mientras que la caña de azúcar es el “cultivo más sediento” del mundo, la remolacha requiere alrededor de cinco veces menos agua que la caña de azúcar. Las remolachas fueron domesticadas a partir de su pariente silvestre, Beta marítima hacia el 8,500 aC para usos medicinales, ornamentales, forrajeros y en 1804, por sus propiedades azucareras.
Los pararetrovirus endógenos (EPRV) han sido llamados “viajeros de dos caras en el genoma de las plantas”. Son virus de ADN de doble cadena que no requieren integración en el genoma del huésped para su multiplicación. En comparación, la mayoría de los virus de plantas tienen genomas de ARN monocatenario (muy parecidos a SARS-CoV-2). Los EPRV de plantas pertenecen a la familia Caulimoviridae que podría haber surgido durante la era Devónica (320 MYA) y contiene varios virus comunes (p. ej., virus del mosaico de la coliflor, virus del mosaico común de la dalia, virus del rayado del banano, virus baciliforme del tungro del arroz). Casi todas las plantas vasculares y taxones más primitivos (clubmusgos, helechos y gimnospermas) el genoma contiene fragmentos de este virus. Los EPRV pueden ser silenciosos dentro de las plantas, provocar una infección viral o proporcionar resistencia viral a su huésped. Hay muchas preguntas sobre su funcionamiento, pero los científicos pueden usar fragmentos de EPRV en genomas de plantas como registros fósiles genómicos de secuencias virales pasadas y eventos de invasión.
En el último estudio, Nicolás Schmidt y colegas de la Technische Universität Dresden, la Universidad de Leicester y los Jardines Botánicos del Sur de China querían probar el genoma de la remolacha azucarera para EPRV enterrados, desmontados e inactivados.
Schmidt y sus colegas primero necesitaban identificar los EPRV específicos de la remolacha (beetEPRV) y estimar cuánto contribuyen al genoma de la remolacha. Recopilaron 16 secuencias EPRV disponibles públicamente de ocho géneros pertenecientes a Caulimoviridae centrándose en dos regiones genómicas (proteína de movimiento y transcriptasa inversa) y las buscaron en un ensamblaje del genoma de la remolacha azucarera construido recientemente.
En segundo lugar, los investigadores investigaron si los EPRV de remolacha se transcriben en otra base de datos disponible públicamente y buscaron un posible silenciamiento de genes epigenéticos por parte del huésped.
En tercer lugar, una remolacha azucarera y otras siete especies de plantas estrechamente relacionadas (por ejemplo, B. marítima, espinaca y quinua) se cultivaron en invernaderos para análisis posteriores. Los investigadores buscaron un grupo de EPRV de remolacha dentro del ADN de las ocho plantas, y luego hibridaron sondas específicas de EPRV de remolacha con los 18 cromosomas de la remolacha azucarera y las visualizaron con microscopía fluorescente.
Schmidt y sus colegas descubrieron que los EPRV de remolacha constituyen aproximadamente el 0.3 % de la B. vulgaris genoma basado en las dos regiones genómicas. El análisis filogenético de 119 beetEPRV identificó tres grupos genéticos distintos (beetEPRV1, beetEPRV2 y beetEPRV3). Si bien los grupos diferían en su estructura, todos pertenecían a florendovirus.
El grupo beetEPRV3 se encontró en todos B. vulgaris genomas y en relacionados Beta pero no en otras especies estrechamente relacionadas (quinua, espinaca).
"[T]ojuntos, esto puede apuntar a una integración inicial de beetEPRV3 en el genoma de la remolacha después de la división de las secciones Corolinas/Nanas desde Beta aprox. Hace 13.4 a 7.2 millones de años y antes de la especiación dentro de la sección Beta”, escriben Schmidt y sus colegas.
Puede parecer desconcertante cómo la planta evita que el virus cause enfermedades en el huésped. Un estudio experimental más cercano reveló que la remolacha usa algunos métodos. El equipo descubrió que los ARN pequeños están involucrados en el silenciamiento epigenético de los EPRV de remolacha por parte de las plantas huésped.
“[L]a remolacha azucarera huésped emplea tres estrategias para cerrar las copias del EPRV de remolacha”, escriben los autores, “previniendo así la reinfección: entierro heterocromático, silenciamiento epigenético y desmontaje estructural. Como resultado, los EPRV en la remolacha brindan un ejemplo de la asimilación e inactivación completas de un virus vegetal en el genoma del huésped”.
Este estudio cuenta la complicada historia de cómo un cultivo está "gestionando" fragmentos de virus ancestrales dentro de su genoma en la actualidad, utilizando datos disponibles públicamente y experimentos de laboratorio. El manuscrito se dedica a El profesor Thomas Schmidt, quien falleció en 2019.
“La identificación de los EPRV de remolacha ha estado en la mente de Thomas, su grupo y sus colaboradores durante mucho tiempo, desde hace 20 años. Varias personas nos han ayudado a llegar a este punto y les agradecemos su trabajo inicial”, escriben Schmidt y sus colegas en los agradecimientos.
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