Detection of global soybean viruses in metagenomic sequence data using Microbe Finder (MiFi®) & Thrips variability on soybean

Abstract

Soybean (Glycine max) is an important crop worldwide used as a source of oilseed and protein. Nevertheless, each year, soybean growers lose significant yields to diseases caused by viruses and damage caused by thrips, therefore, precise diagnosis is crucial for management. Passiflora virus Y (PaVY) was detected naturally infecting soybean for the first time in Brazil and the complete genome sequencing shows a 9679nt long virus that shares 84.4% nt identity with a previously reported PaVY isolate from Passiflora spp. The virus was successfully transmitted by Myzus persicae, and sap transmitted to indicator hosts. Electronic probes (e-probes) ranging from 19-60 nucleotides in length were designed for the 46 viruses that infect soybean using MiProbe within MiFi® platform. In silico results validate the usage of e-probes to detect up to 46 viruses in metagenomic soybean data. In vitro analyses revelated nine viruses present in Brazilian HTS Illumina soybean samples. The curated soybean virus e-probes are free of access for diagnostics through MiDetect within the MiFi® platform. Nine thrips species, collected from 20 different plant species in Brazil, including soybean, were identified by sequencing partial COI gene. Specific primers based on COI and 28S sequences were obtained for Caliothrips phaseoli and Frankliniella occidentalis species, respectively. Bayesian phylogenetic analyses demonstrated that specimens of the same species were clustered under their respective clade, but not necessarily under the same genus clade. Our results demonstrate that PCR and sequencing can be used for identification of well described species, but traditional taxonomy is still necessary for the identification of new species and must be combined with molecular techniques.

A soja (Glycine max) é uma importante cultura utilizada mundialmente como fonte de óleo e proteína. No entanto, a cada ano, os produtores de soja sofrem perdas significativas na produtividade devido a doenças causadas por vírus e danos causados por tripes. Esse trabalho apresenta o primeiro relato de passiflora virus Y (PaVY) infectando naturalmente soja Brasil. O genoma do PaVY foi sequenciado completamente e apresentou 9679nt de comprimento e 84,4% de identidade com um outro isolado PaVY coletado em Passiflora spp. e relatado anteriormente. O vírus foi transmitido por afídeos da espécie Myzus persicae e por inoculação em hospedeiros indicadores usando extrato vegetal infectado. Hospedada dentro da plataforma MiFi®, a ferramenta MiProbe foi utilizada para a projeção de sondas eletrônicas (e-probes), com comprimento variado entre 19 a 60 nucleotídeos, para detectar simultaneamente todos os vírus descritos infectando soja no mundo, através de dados de Next-Generation Sequencing. Os resultados in silico demonstraram que as e-probes são sensíveis o bastante para detectar até 46 vírus em dados metagenômicos de soja. Análises in vitro revelaram nove vírus presentes em amostras brasileiras de soja sequenciadas utilizando a plataforma Illumina. As e-probes de soja foram validadas e estão disponíveis para outros pesquisadores através da função MiDetect na plataforma MiFi®. Nove espécies de tripes, coletadas em 20 espécies vegetais diferentes, incluindo a soja, foram identificadas por sequenciamento parcial do gene COI. Primers específicos baseados nas sequências COI e 28S foram obtidos para as espécies Caliothrips phaseoli e Frankliniella occidentalis, respectivamente. Análises filogenéticas e bayesianas demonstraram que insetos pertencentes à mesma espécie foram agrupados sob seu respectivo clado, mas não necessariamente sob o mesmo clado de gênero. Análises de sequencias pareadas do mtCOI indicaram que F. schultzei é a espécie com sequência de nucleotídeos mais variável entre seus indivíduos. Nossos resultados demonstram que PCR e sequenciamento podem ser utilizados para identificação de espécies de tripes previamente descritas na literatura e que possuam sequencias disponíveis em bancos de dados, mas a taxonomia tradicional ainda é necessária para a identificação de novas espécies, devendo ser combinada com técnicas moleculares.