La organización y función del genoma del virus del mosaico dorado del frijol
Douglas P. Maxwell, Stephen F. Hanson, Rebecca, A. Hoogstraten, Paul Ahlquist, James 
S. Beaver1, Ossmat Azzam, and James Karkashian. Department of Plant Pathology, 
University of Wisconsin, Madison, Wl 53706; ’University of Puerto Rico, Mayagüez, Puerto 
Rico.
La biología molecular explora la posibilidad de solucionar problemas genéticos que no 
han sido resueltos mediante la aplicación de técnicas convencionales de mejoramiento. 
Por ejemplo, se han producido plantas con resistencia a virus que poseen ARN, 
utilizando métodos de ADN recombinantes (Fitchen y Beaver, 1993; Wilson, 1993). Estos 
resultados promisorios, demuestran el valor de estudiar la organización y la función del 
genoma de los patógenos virales con el fin de desarrollar plantas transgénicas 
resistentes a los geminivirus.
El virus del mosaico dorado del frijol (BGMV) es un miembro de los geminivirus 
transmitidos por mosca blanca. La mayor parte del conocimiento que se posee sobre 
estos geminivirus viene de estudios realizados con otros virus del grupo, como el virus 
del mosaico dorado del tomate (TGMV) y el del mosaico africano de la yuca (ACMV) 
(Lazarowitz, 1992).
El genoma del BGMV consiste de dos moléculas covalentemente cerradas y circulares 
de ADN de cadena sencilla, cada una de aproximadamente 2,650 nucleótidos (Faría et 
al., 1994; Gilbertson et al., 1993a; Howarth etal., 1985; Morinaga etal., 1987). Estas dos 
moléculas son designadas ADN-A y ADN-B (Fig. 1) y están encapsidadas en partículas 
diferentes pero unidas en parejas. Estas dos moléculas tienen una secuencia de 
nucleótidos diferente con excepción de una ’región común’ que posee una secuencia de 
aproximadamente 200 nucleótidos, casi idéntica en las dos moléculas. Análisis por 
computador del genoma, para identificar genes capaces de codificar proteínas de peso 
molecular mayor de 10kDa, han revelado ha existencia de cuatro secuencias traducibles 
en el ADN-A y dos en el ADN-B. Para los dos ADNs, los genes son traducidos tanto de 
la secuencia viral como de la complementaria que se encuentra en la forma replicativa 
de doble cadena.
Los estudios del funcionamiento de los genes del BGMV han sido facilitados por la 
adaptación de un método de inoculación de clones de ADN. Estos clones son 
disparados con un acelerador a semillas de frijol germinadas, utilizando formas 
monoméricas cortadas del ADN-A y ADN-B, colocadas sobre micropartículas de oro. 
Ambos ADNs son necesarios para causar una infección sistémica y para el desarrollo de 
síntomas (Gilbertson et al., 1991); sin embargo, solo el ADN-A puede replicarse en 
suspensiones de células vegetales. Por consiguiente, el gen o genes requeridos para 
la replicación esta(n) asociados(s) con el ADN-A. Análisis por mutación, han mostrado 
que el gen AC1 y no el AV1 (que codifica por la cápside o cubierta proteica del virus) es 
necesario para que ocurra al replicación del virus. Por ejemplo, substituciones de ciertos
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aminoácidos en regiones funcionales del AC1 detienen los procesos de replicación e 
infectividad, mientras que mutantes con modificaciones considerables en el gen AV1 
permanecen infectivos y causan síntomas en plantas de frijol inoculadas. Fuera de su 
papel en la cobertura del ácido nucleico viral, el gen de la cápside proteica (AV1), es 
necesario para la transmisión biológica del BGMV por Bemisia tabaci. Por analogía con 
el TGMV, otras funciones asociadas al ADN-1 incluyen la regulación de la expresión 
genética del gen de la capside y de uno de los genes del ADN-B, el BV1 (Sunter y 
Bisaro, 1992).
Las funciones de la proteína del ADN-B han sido asociadas con la expresión de 
síntomas en el caso del TGMV (von Arnim y Stanley, 1992) y con la determinación del 
rango de hospederas, en el caso del virus del enrollamiento foliar de la calabaza (SqLCV) 
(Ingham y Lazarowitz, 1993). Para el BGMV, algunos mutantes en el BC1 (Smith y 
Maxwell, 1994) y en el BV1 no son infecciosos y otros causan atenuación de síntomas. 
Todos los mutantes del ADN-B sugieren que las proteínas codificadas por este 
componente, son responsables por el movimiento del ADN viral dentro de la planta 
(Lazarowitz, 1992).
La replicación de los geminivirus involucra una interacción específica de la proteína AC1 
y la región común (Fontes etal., 1992). Lazarowitz et al. (1992) sugirieron que la región 
común funciona como el origen de la replicación del ADN viral. La importancia de esta 
interacción se demostró por la falta de infectividad después de que las plantas de frijol 
fueron co-inoculadas con el ADN-A del aislamiento guatemalteco del BGMV (tipo II) y el 
ADN-B de aislamiento brasileño del BGMV (tipo I).
Estos dos tipos del BGMV están asociados con ramas filogenéticas diferentes debido a 
que existen diferencias significativas en la secuencia de nucleotidos de sus regiones 
comunes (Faria etal., 1994). Cuando dos geminivirus están colocados en la misma rama 
filogenética, la inoculación de mezclas del ADN-A y ADN-B son infecciosas, por ejemplo, 
los aislamientos tipo II del BGMV de Guatemala y la República Dominicana (Faria et al., 
1994) o el virus del mosaico enano del frijol y el virus del moteado del tomate (Gilbertson 
etal., 1993b).
Estos estudios indican que las estrategias anti-virales que buscan impedir la replicación 
viral o el movimiento del virus, serían dignas de atención. Para el TGMV, un esquema 
anti-sentido ha sido propuesto para reducir el nivel de la proteína asociada a la 
replicación en plantas transgénicas de tabaco (Day et al., 1991). De igual manera, la 
posibilidad de interferir con el movimiento del ADN viral, ha sido sugerida para producir 
plantas transgénicas de tabaco con secuencias del ADN-B del virus del mosaico africano 
de la yuca (Frischmuth y Stanley, 1993). Ninguno de estos dos casos ha sido evaluado 
usando B. tabaci como la fuente de inoculo o el huésped natural del virus.
Traducción: Francisco J. Morales - Unidad de Virología - CIAT
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Fig. 1. Genome of bean golden mosaic geminivirus from Guatemala. Open reading 
(ORFs) are designated A or B (DNA-A or DNA-B component), V or C (viral or 
complementary sense polarity), and 1, 2, or 3 (position of ORF relative to the common 
region). The common region (CR) is represented by the wide bar.
Fig. 1. Organización genómica del virus del mosaico dorado del frijol, aislamiento de 
Guatemala. Los genes (ORFs) se designan como A o B, según el componente 
genómico al cual pertenecen; V o C, según la polaridad del ácido nucleico viral o 
complementario, respectivamente; y como 1, 2, o 3, según la posición del ORF relativo 
a la región común (CR, representada por una línea gruesa).
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English Summary
Genome organization and functions of bean golden mosaic geminivirus
Douglas P. Maxwell, Stephen F. Hanson, Rebecca, A. Hoogstraten, Paul Ahlquist, James 
S. Beaver1, Osmmat Azzam, and James Karkashian. Department of Plant Pathology, 
University of Wisconsin, Madison, Wl 53706; ’University of Puerto Rico, Mayaguez, Puerto 
Rico.
Molecular approaches are providing solutions to crop improvement problems that have 
not been solved by more traditional methods. Plants with resistance to RNA viruses have 
been engineered by recombinant DNA methods (Fitchen and Beachy, 1993; Wilson, 
1993). These promising results indicate the value of studying virus-derived schemes for 
the development of transgenic plants resistant to geminivirus.
Most of what is known about gene function of geminiviruses comes from studies with two 
other members of this group, tomato golden mosaic virus (TGMV) from Brazil, and African 
cassava mosaic virus (ACMV) (Lazarowitz, 1992). The viral genome of BGMV is 
composed of two covalently-closed, circular, single-stranded DNAs of about 2.650 
nucleotides each (Faria ef a/., 1994; Gilbertson et a/., 1993a; Howarth et al., 1985; 
Morinaga et al., 1987). These DNAs are currently designated DNA-A and DNA-B and are 
encapsidated into separate twinned particles. The only region with a nearly identical DNA 
sequence shared by these two molecules is an -2 0 0  nucleotide intergenic region called 
the common region. Computer analysis of the genome for genes which code for a 
protein greater than 10 kDa, has shown that four open reading frames (genes) occur on 
DNA-A and two on DNA-B. For both DNAs, genes are transcribed from the viral strand 
and the complementary strand of the double-stranded replicative form.
Both DNAs are required for systemic infection and symptom development (Gilbertson, et 
al., 1991); however DNA-A, but not DNA-B, can replicate in plant suspension cells. Thus,
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the gene(s) required for replication is associated with DNA-A. Mutational analyses 
showed that the AC1 gene was necessary for replication. Individual amino acid 
substitutions in conserved functional regions of AC1 completely abolished replication, 
whereas mutants with large deletions in the AV1 gene are infectious and cause symptoms 
on beans. Besides the involvement of the coat protein gene in encapsidation, it is 
essential for the whitefly transmission of BGMV. When Bemisia tabaci was fed on beans 
infected with coat protein deletion mutants, BGMV was not transmitted. Other functions 
associated DNA-A are likely to involve regulations of gene expression for the coat protein 
gene and one of the DNA-B genes, BV1 (Sunter and Bisaro, 1992).
The functions of proteins from DNA-B are associated with symptom expression for TGMV 
(von Arnim and Stanley, 1992) and host range determinants in the bipartite, whitefly- 
transmitted geminivirus, squash leaf curl virus (Ingham and Lazarowitz, 1993). For BGMV, 
some mutants in BC1 (Smith and Maxwell, 1994) and BV1 are not infectious and others 
cause attenuation of symptoms. All mutants of DNA-B are consistent with the involvement 
of DNA-B proteins in the movement of the viral DNA within the plant (Lazarowitz, 1992).
The replication of geminiviruses involves the specific interaction of the AC1 protein and 
the common region (Fontes et al., 1992). This specific interaction for bean-infecting 
geminiviruses was shown by the lack of infection when beans were coinoculated with the 
DNA-A of a BGMV isolate from Guatemala (type II) and DNA-B of BGMV from Brazil (type 
I). When two geminiviruses have similar common regions, coinoculation with mixtures of 
DNA-A and DNA-B are infectious, e.g., the type II BGMVs from Guatemala and the 
Dominican Republic (Faria et al., 1994). These studies of genome function indicate that 
antiviral strategies which disrupt viral replication of movement would be worthy of 
experimentation.
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