Washington, DC, USA
April 11, 2013
Cross-linking measurements with protein interaction reporter technology enabled ARS scientists and their University of Washington colleagues to model the structure of the building blocks of infectious potato leafroll virus particles. The scientists are applying this technology so they can understand insect transmission of plant viruses and the mechanisms viruses use to infect plants. Photo by Michelle Cilia and James Bruce.
U.S. Department of Agriculture (USDA) scientists in Ithaca, N.Y., are collaborating on development of a technology that could lead to new ways of disrupting how insects transmit viruses to crops.
Michelle Cilia and Stewart Gray at the Agricultural Research Service (ARS) Robert W. Holley Center for Agriculture and Health in Ithaca, and their colleagues James Bruce and Juan Chavez at the University of Washington, have mapped out the structure of an elusive protein that gives certain plant viruses the ability to travel from plants to insects, through the insects, and back into plants.
ARS is USDA's principal intramural scientific research agency, and this research supports the USDA goal of promoting international food security.
To move from plant to plant, some viruses, such as potato leafroll virus, need to stay in the infected plant's phloem tissues so they can be ingested by a feeding aphid. Once inside the aphid, the virus must pass through the insect's gut and salivary tissues before it can be passed into another plant by the aphid.
To complete that journey, viruses need to assemble into larger packages known as virions. Each virus species is very particular and can only be transmitted by a few species of aphids. The researchers believe the outside shape or topology of the virion plays a major role in that specificity, determining whether a virus will move through the aphid and infect a plant.
A minor structural protein of these viruses that extends from the shell of the virion is instrumental in guiding the virion on its journey through the insect and through the plant. But until now, there has been no information about these structural proteins, and such information is crucial to developing new ways of disrupting how they work.
In tests with potato leafroll virus, the researchers used protein interaction reporter (PIR) technology, a tool developed in Bruce's lab to study protein interactions. Researchers there developed a unique set of chemical compounds, or PIR cross-linkers, which could interact with the structural proteins, allowing scientists to capture a molecular snapshot of them.
Coupled to high-resolution mass spectrometry, the advanced molecular design of the PIR cross-linkers also allowed the scientists to visualize critical topological features of the virion for the first time. The results, described in a paper in the Journal of Proteome Research, represent a new technology that can take measurements of insect and plant-virus protein interactions in living cells.
The researchers have so far focused on luteoviruses spread by aphids. But the technology could one day be used to study other insect-transmitted plant viruses and animal-infecting viruses now difficult to study with traditional methods.
Read more about this research in the April 2013 issue of Agricultural Research magazine.
Aprendiendo más sobre los virus transmitidos por vectores
Científicos con el Servicio de Investigación Agrícola (ARS) en Ithaca, Nueva York, están colaborando en el desarrollo de una tecnología que podría llevar a nuevas maneras de trastornar la transmisión de virus por los insectos a los cultivos.
Michelle Cilla y Stewart Grey trabajan en el Centro Robert W. Holley de Agricultura y Salud mantenido por el ARS en Ithaca. Ellos colaboraron con James Bruce y Juan Chavez de la Universidad de Washington en mapear la estructura de una proteína huidiza que les provee a ciertos virus de plantas la capacidad de moverse de plantas a insectos, por los insectos y luego vuelven a las plantas.
ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en ingles), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de promover la seguridad alimentaria internacional.
Para moverse de planta a planta, algunos virus, tales como el virus del enrollamiento de las hojas de la papa, necesitan quedarse en los tejidos del floema para que ellos puedan ser ingeridos por un pulgón cuando el insecto se alimenta. Cuando el virus está dentro del pulgón, el virus tiene que pasar por los intestinos y los tejidos de las glándulas salivales del insecto antes de inyección en otra planta por el pulgón.
Para completar este viaje, los virus tienen que asemblarse en paquetes más grandes llamados viriones. Cada especie de virus es muy particular y puede ser transmitida solamente por pocas especies de pulgones. Los investigadores creen que la forma exterior o la topología del virion tiene un papel imprescindible en esta especificidad y determina si un virus puede moverse por el pulgón y luego puede infectar una planta.
Una proteína estructural menor de los virus que se extiende del armazón del virion tiene un papel decisivo en guiar el virion en su viaje por el insecto y por la planta. Pero hasta ahora, no había ninguna información sobre estas proteínas estructurales, y tal información es crítica en el desarrollo de nuevas maneras de trastornar la actividad de las proteínas.
En pruebas con el virus del enrollamiento de las hojas de la papa, los investigadores usaron la tecnología de la interacción de las proteínas reporteras (PIR por sus siglas en inglés), la cual es una herramienta desarrollada en el laboratorio de Bruce para estudiar las interacciones entre proteínas. Los investigadores en ese laboratorio desarrollaron un juego único de compuestos químicos que pueden reaccionar con las proteínas estructurales y les permite a los investigadores a capturar una "imagen instantánea" de ellas.
En combinación con la espectrometría de masa de alta resolución, el diseño molecular avanzado de los compuestos químicos también les permite a los investigadores a visualizar por primera vez algunos aspectos críticos tipográficos del virion. Los resultados, los cuales fueron publicados en un artículo en 'Journal of Proteome Research' (Revista de Investigación del Proteome), representan una nueva tecnología que puede tomar medidas de las interacciones entre las proteínas de insectos, plantas y virus en las células vivas.
Hasta la fecha, los investigadores se concentraron en los luteovirus transmitidos por los pulgones. Pero algún día la tecnología podría ser usada para estudiar otros virus de plantas transmitidos por insectos y los virus que infectan a los animales y que actualmente están difíciles de estudiar con los métodos tradicionales.
Lea más sobre esta investigación en la revista 'Agricultural Research' de abril del 2013
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