Exploring the phylogenetic relationships within viral genomes: a case study on begomoviruses

Abstract

Os vírus do gênero Begomovirus (família Geminiviridae) causam severas perdas em diversas culturas agrícolas em todo o mundo. Eles possuem genomas compostos por uma ou duas moléculas de DNA de fita simples (ssDNA) e infectam uma ampla gama de plantas dicotiledôneas. Esses vírus são transmitidos de forma persistente e circulativa por espécies crípticas de moscas-brancas do complexo Bemisia tabaci. Nas últimas décadas, o número de genomas de begomovírus disponíveis em bancos de dados públicos aumentou exponencialmente. Essas extensivas informações genéticas têm permitido uma caracterização profunda da variabilidade genética de populações de begomovírus de diferentes regiões do mundo. Uma característica notável dessas populações é a alta variabilidade genética gerada por mecanismos evolutivos, como mutação, recombinação e pseudorrecombinação (rearranjo). Nesse contexto, genomas de begomovírus servem como modelos valiosos para entender a dinâmica evolutiva dos vírus de ssDNA. Além disso, a presença de genes sobrepostos nestes genomas permite estudos comparativos com regiões codificadoras não sobrepostas. Neste estudo, várias espécies de Begomovírus foram usadas como modelos para examinar as relações filogenéticas entre regiões codificadoras e não codificadoras (região intergênica, IR) do segmento de DNA-A de 24 espécies virais distintas. Foram reconstruídas filogenias baseadas em genes e IR e calculadas as distâncias par a par de Robinson-Foulds ponderada (wRF) entre todas as árvores de Máxima Verossimilhança (ML). Além disso, foram realizadas análises semelhantes utilizando uma abordagem de janelas deslizantes para elucidar as relações filogenéticas dentro dos genes e da IR. A técnica de rarefação foi aplicada para comparar conjuntos de dados de espécies de begomovírus com tamanhos de amostras heterogêneas, permitindo comparações diretas dos níveis de incongruência topológica entre árvores de ML. Os resultados indicaram uma ampla variação no grau de incongruência topológica entre regiões codificadoras e não codificadoras do segmento DNA-A. Ademais, genes fisicamente próximos no segmento de DNA-A apresentaram filogenias mais semelhantes em comparação a genes mais distantes entre si. Exceções foram o gene da proteína de movimento (mp) e a IR, cujas filogenias apresentaram topologias divergentes em relação a genes próximos. Esses resultados foram consistentes com a existência de hotspots de recombinação que frequentemente segregaram essas regiões, resultando em topologias que refletem diferentes histórias evolutivas. Curiosamente, fora de hotspots de recombinação, as distâncias topológicas entre árvores correlacionaram-se positivamente com a distância física entre os pontos médios de cada gene, indicando que as filogenias nessas regiões são moldadas por suas distâncias físicas no DNA-A. Conjuntamente, esses resultados demonstram claramente que a filogenia de genes do DNA-A em espécies de Begomovírus é fortemente influenciada por recombinação. Essa observação sugere que árvores bifurcadas não representam adequadamente as relações evolutivas entre isolados virais e destaca a necessidade de adoção de métodos de reconstrução da história evolutiva que considerem explicitamente a recombinação.