Study of the resistance to Cucumber mosaic virus controlled by the Vacuolar Protein Sorting 41 in C. meló

Tesis presentada el día 28 de junio de 2022 para la obtención del título de doctor en Biología y Biotecnologia Vegetal por la Universidad Autónoma de Barcelona.

[EN] 'Songwhan Charmi', is an exotic Cucumis melo (C. melo) accession (PI 161375) that presents a qualitative and quantitative resistance to Cucumber mosaic virus (CMV), depending on the strain. The main quantitative trait locus (QTL) of resistance is a recessive gene cmv1, which confers total resistance to CMV strains of subgroup II, such as CMV-LS. CMV-LS is able to replicate and move cell-to-cell in the inoculated leaf of the resistant line, but it is stopped at the bundle sheath and is not able to reach the phloem. cmv1 encodes a Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41). In this thesis we have extended the knowledge of VPS41-mediated resistance present in melon. In the first chapter, we have characterized the cellular localization of CmVPS41 in susceptible and resistant varieties identifying differential structures formed by CmVPS41 that co-localize with the late endosomes. These structures re-localize during CMV infection. Moreover, we found that CmVPS41 associates in vivo with the movement protein (MP) of CMV-FNY, the viral virulence factor. In the second chapter, we have identified 136 candidate interactors of CMV-MP in C. melo through two protein-protein interaction methods. One of them, Niemann-Pick C1 protein-like (NPC1) is a cholesterol transporter involved in other viral infections. Its interaction domain was validated through a second approach, and its association with the MPs from CMV-FNY and CMV-LS was confirmed both in vitro and in vivo. In the third chapter, we performed a high-throughput proteome analysis in C. melo upon CMV challenge. Several co-abundance protein networks were generated to study the different biological pathways involved in CMV infection, both at early and late stages of infection, and in susceptible and resistant melon genotypes. Hub proteins involved in CMV resistance and susceptibility were determined through network analysis. The same approach followed in susceptible, CMV-inoculated Nicotiana benthamiana (N. benthamiana) plants, allowed a comparison with C. melo networks, and identification of common biological pathways of CMV infection, as well as, key proteins of CMV infection common in both N. benthamiana and C. melo.

[ES] 'Songwhan Charmi' es una accesión exótica de Cucumis melo (C. melo) (PI 161375) que presenta una mezcla de resistencia cualitativa y cuantitativa frente a la infección por el Virus del mosaico del pepino (CMV), dependiendo de la cepa. El principal locus de rasgos cuantitativo (QTL) de la resistencia es el gen recesivo cmv1, que confiere resistencia total a las cepas de CMV del subgrupo II, como CMV-LS. CMV-LS es capaz de replicarse y moverse célula a célula en la hoja inoculada de la línea resistente, pero no puede pasar las células de la vaina (BS), donde queda retenido, y no llega al floema. cmv1 codifica la Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41). En esta tesis se ha ampliado el conocimiento de la resistencia mediada por VPS41 en melón. En el primer capítulo, se ha caracterizado la localización celular de CmVPS41 en variedades susceptibles y resistentes y esto ha permitido identificar estructuras diferenciales formadas por CmVPS41 que, a su vez, co-localizan con endosomas tardíos. Estas estructuras se re-localizan durante la infección por CMV. Además, se ha visto que CmVPS41 se asocia in vivo con la proteína de movimiento (MP) de CMV-FNY, que es el factor de virulencia del virus. En el segundo capítulo, se identificaron 136 proteínas que potencialmente interaccionan con CMV-MP en C. melo a través de dos métodos de interacción proteína-proteína. Una de estas proteínas, la Niemman-Pick C1 protein-like (NPC1) es un transportador de colesterol involucrado en otras infecciones virales. Su dominio de interacción fue validado a través de un segundo método y su asociación con ambas MP, tanto de CMV-FNY como CMV-LS, fue confirmada tanto in vitro como in vivo. En el tercer capítulo, se hizo un análisis de alto rendimiento del proteoma de C. melo durante el desafío por CMV. Se generaron distintas redes de proteínas co-abundantes para estudiar los diferentes procesos biológicos involucrados en la infección por CMV en estadios tempranos o tardíos de la infección tanto en genotipos de melón resistentes como susceptibles. El análisis de las redes de proteínas permitió encontrar proteínas centrales involucradas en la resistencia o susceptibilidad a CMV. En la planta susceptible N. benthamiana inoculada con CMV se aplicó la misma metodología y se compararon los resultados con la red de C. melo, pudiendo así identificar procesos biológicos comunes en ambas infecciones por CMV y también proteínas clave en la infección de CMV comunes en ambas plantas.

[CA] Songwhan Charmi' és una accessió exòtica de Cucumis melo (C. melo) (PI 161375) que presenta una barreja de resistència qualitativa i quantitativa davant la infecció pel Virus del mosaic del cogombre (CMV), depenent de la soca. El principal locus de trets quantitatius (QTL) de la resistència és el gen recessiu cmv1, que confereix resistència total a les soques de CMV del subgrup II, com CMV-LS. CMV-LS es capaç de replicar-se i moure's cèl·lula a cèl·lula a la fulla inoculada de la línia resistent, però no pot passar les cèl·lules de la beina (BS), on queda retingut, i no arriba al floema. cmv1 codifica la Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41). En aquesta tesis s'ha ampliat el coneixement de la resistència a través de VPS41 en meló. En el primer capítol, s'ha caracteritzat la localització cel·lular de CmVPS41 en varietats susceptibles i resistents, i això ha permès identificar estructures diferencials formades per CmVPS41, que, alhora, co-localitzen amb endosomes tardans. Aquestes estructures es relocalitzen durant la infecció per CMV. A més a més, s'ha vist que VPS41 s'associa in vivo amb la proteïna de moviment (MP) de CMV-FNY, que és el factor de virulència del virus. En el segon capítol, s'han identificat 136 proteïnes que potencialment interaccionen amb la MP de CMV en C. melo a través de dos mètodes d'interacció proteïna-proteïna. Una d'aquestes proteïnes, la Niemman-Pick C1 protein-like (NPC1), és un transportador de colesterol involucrat en altres infeccions virals. El seu domini d'interacció va ser validat a través d'un segon mètode i la seva associació amb ambdues MP de CMV-FNY i CMV-LS va ser confirmada tant in vitro com in vivo. En el tercer capítol, s'ha fet un anàlisi d'alt rendiment del proteoma de C. melo durant el desafiament per el CMV. Es van generar diverses xarxes de proteïnes co-abundants per estudiar els diferents processos biològics involucrats en la infecció per CMV en estadis primerencs o tardans de la infecció tant en genotips de meló resistents com susceptibles. L'anàlisi de les xarxes de proteïnes va permetre trobar proteïnes centrals involucrades tan en la resistència com la susceptibilitat a CMV. En la planta susceptible N. benthamiana inoculada amb CMV també es va generar una xarxa fent servir la mateixa metodologia i es va comparar amb els resultats de C. melo. Així, es van poder identificar processos biològics comuns en ambdues infeccions de CMV i també proteïnes claus comunes en ambdues plantes durant la infecció de CMV.