Virología Molecular
y Evolutiva de Plantas

Este departamento está desarrollada por investigadores con un amplio espectro de intereses en la biología molecular y la evolución de los virus y viroides de plantas, así como su interacción con sus hospedadores.

El objetivo final consiste en el desarrollo de nuevas y racionales estrategias de control y la obtención de aplicaciones biotecnológicas directamente a partir de nuestra investigación en virología de plantas.

Nuestros esfuerzos se concentran en entender los ciclos de replicación de los virus, el movimiento de las partículas virales a través de la planta, su interacción con los componentes del hospedador, la interferencia con las defensas del hospedador y la patogeneicidad, y los mecanismos subyacentes a la evolución de su genoma y a su epidemiología, para así comprender los mecanismos genético-poblacionales responsables de su enorme variabilidad y adaptabilidad.

Adicionalmente, pretendemos convertirnos en un referente internacional en el campo de la virología de plantas, así como continuar aplicando las nuevas tecnologías “ómicas” en el campo de la de la virología de plantas, y comenzar a aplicar conceptos y herramientas procedentes de la Biología de Sistemas para el análisis de dichos datos “ómicos”.e la tolerancia al estrés con posibles aplicaciones biotecnológicas.

 

 

Grupos de Investigación

El trabajo del grupo se dirige fundamentalmente al estudio de los factores que determinan la infección/acumulación de un virus en un huésped determinado. Como dicha acumulación será esencialmente el resultado del balance entre multiplicación viral y degradación, nuestra atención está centrada en los acontecimientos que influencian estos dos procesos. Concretamente, estamos priorizando el análisis de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción de genomas virales así como de las estrategias desarrolladas por el patógeno para suprimir la respuesta defensiva del huésped basada en silenciamiento por RNA.

Como modelos, estamos utilizando pequeños virus con genoma de RNA, pertenecientes a la familia Tombusviridae, que se caracterizan por poseer un genoma relativamente sencillo lo que facilita los abordajes experimentales. De forma sucinta, las líneas de investigación actuales serían:

1) Identificación y caracterización de elementos estructurales del RNA viral y de factores proteicos (virales/celulares) implicados en la regulación de los procesos de replicación, transcripción y/o traducción de virus.

2) Estudio de la función viral de supresión del silenciamiento por RNA.

3) Análisis de la posible interferencia de la infección viral con rutas de silenciamiento del huésped.


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Las plantas son huéspedes de una gran variedad de agentes infecciosos, los cuales frecuentemente causan un enorme daño en los cultivos y los ecosistemas naturales. El primer objetivo de nuestro grupo de investigación es entender los mecanismos moleculares que subyacen a la interacción entre las plantas y algunos de estos patógenos como son los virus y los viroides.

A partir de este conocimiento esperamos desarrollar nuevas estrategias biotecnológicas para la protección e innovación en los cultivos. Además, creemos que las extraordinarias propiedades biológicas de los virus y viroides se pueden aprovechar convirtiéndolos en útiles instrumentos biotecnológicos. Nuestro segundo objetivo es desarrollar sistemas para producir productos de interés (metabolitos, RNAs, proteínas, anticuerpos…) en plantas biofactoría utilizando virus y viroides convenientemente manipulados.

Nosotros imaginamos un futuro en el que las plantas cultivadas serán la fuente más fiable y sostenible de alimento, forraje, fibras, combustible y productos químicos y farmacéuticos para la humanidad.

Líneas de investigación:

Más concretamente, algunas de las investigaciones que actualmente están en marcha en nuestro grupo tienen como objetivo:

1. Descifrar como los RNAs viroidales son capaces de replicarse en las células de las plantas. Ver Cordero et al. 2018, Front. Microbiol.

2. Entender la respuesta defensiva de las plantas a la infección viral. Ver Cordero et al. 2017, Mol. Plant Microbe Interact.

3. Identificar genes de resistencia a la infección viral. Ver Aragonés et al. 2018, Eur. J. Plant Pathol.

4. Desarrollar estrategias biotecnológicas para proteger a las plantas de los virus y viroides. Ver Carbonell et al. 2017, Mol. Plant Pathol.; or Carbonell et al. 2018, Mol. Plant Microbe Interact.

5. Producir carotenoides y antocianinas saludables en plantas utilizando vectores virales. Ver Majer et al. 2017, Sci. Rep.; or Cordero et al. 2017, Front. Microbiol.

6. Producir grandes cantidades de RNAs recombinantes utilizando un sistema derivado de un viroide. Ver Daròs et al., Sci. Rep.

7. Desarrollar vectores virales para producir proteínas recombinantes en plantas. Ver Majer et al. 2015, Biotechnol. J.; or Shi et al. 2018, Plant Biotech. J.

8. Construir circuitos genéticos sintéticos para regular la expresión génica en plantas. Ver Cordero et al. 2018, ACS Synth. Biol.


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El desarrollo de técnicas de secuenciación masiva de ácidos nucleicos ha permitido descubrir nuevas formas y rutas de regulación de la expresión génica tanto de seres vivos como de agentes virales. Toda esta información nos está permitiendo entender mejor la elevada complejidad de toda entidad biológica sobre el planeta, y hace replantearnos tanto el concepto clásico de gen como la función de cada par de bases de un genoma. Dentro de esta revolución destaca el papel central que el RNA desempeña en multitud de procesos biológicos e infecciosos. Nuestro grupo está interesado en encontrar y caracterizar nuevas funciones biológicas para los RNAs no codificantes, centrándonos especialmente en sus capacidades catalíticas (ribozimas) y reguladoras (riboreguladores), así como en explotar biotecnológicamente cualquiera de los nuevos motivos de RNA detectados. Para todo ello, en el laboratorio utilizamos aproximaciones multidisciplinares que combinan la Bioinformática, Bioquímica y Biología Molecular y Estructural, y empleando fundamentalmente las plantas como sistema biológico experimental de referencia. Entre las líneas de investigación específicas que seguimos en la actualidad destacarían:

  • Encontrar y caracterizar el genoma de todos los virus y RNAs infecciosos del planeta a traves de aproximaciones de computación en la nube (de la Peña et al. Cells 2020; de la Peña et al. Virus Evol 2021; Edgar et al. Nature 2022).
  • Entender el funcionamiento y papel biológico de los RNAs circulares con ribozimas codificados en genomas de plantas y animales (Cervera et al. Genome Biol 2016; de la Peña y Cevera. RNA Biol 2017; Cervera y de la Peña, Nucl Acids Res 2020).
  • Exploración bioinformática y caracterización de nuevos motivos de RNA catalíticos y reguladores (de la Peña et al. Molecules 2017).
  • Caracterización funcional de pequeños ribozimas asociados a retrotransposones (Cervera y de la Peña, Mol Biol Evol 2014).
  • Descifrar el papel de los ribozimas del genoma humano conservados en intrones de antioncogenes y antígenos tumorales (de la Peña, García-Robles. EMBO Rep 2010; de la Peña et al. Biol Chem 2012; de la Peña, Ribozymes-Chapter 11 2021)
  • Desarrollo de posibles herramientas biotecnológicas basadas en RNAs circulares con ribozimas para terapias génicas (de la Peña. Adv Exp Medicine Biology 2018)

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PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

  1. Caracterización de los genes y funciones esenciales en el ciclo infeccioso de virus pertenecientes a los grupos de los Ilar y Carmovirus que afectan de manera importante a árboles frutales y cultivos de interés agrícola.
  2. Estudios sobre el movimiento intra- e intercelular de virus y viroides en sus huéspedes susceptibles.
  3. Tráfico de proteínas y RNAs a través del floema.
  4. Silenciamiento de RNA en el proceso de patogénesis de virus y viroides.
  5. Desarrollo y mejora de nuevos métodos de diagnosis viral basados en el componente genómico de los virus.

COLABORACIONES CON EMPRESA

La profundización en el conocimiento de los mecanismos de expresión de virus que afectan a árboles frutales, a ornamentales y a especies hortícolas ha posibilitado su aplicación a resolver aspectos prácticos de ciertas virosis problemáticas para el Sector socioeconómico correspondiente. Se han establecido diversos convenios de investigación y transferencia de resultados con empresas y/o organismos públicos: Barberet y Blanc S. A., Primaflor S.A.,  FECOAM, Agromillora Catalana S.A., Laboratorio de Sanidad Vegetal-Tenerife, Laboratori de Sanitat Vegetal-Barcelona; Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón-Zaragoza, Centro Nacional de Semillas y Plantas de Vivero-Zaragoza.


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