Download infecciones mezcladas de virus de papa y sus efectos en la biología

Infecciones mezcladas de virus de papa (PVY y PLRV) y sus
efectos en la biología de áfidos vectores y la epidemiología
de virus
Juan Manuel Alvarez
Department of Plant, Soil and
Entomological Sciences
Aberdeen R&E Center
• El Pacifico Noroeste produce cerca del 61% de las papas
de los Estados Unidos
• Idaho es el mayor productor (32%) con mas de 142,200
ha cosechadas en el 2007 (NASS 2008)
Dos virus de papa que son transmitidos por áfidos
Potato Leafroll Virus
(Luteoviridae: Polerovirus)
Áfidos colonizadores
Potato Virus Y
(Potyviridae: Potyvirus)
Áfidos colonizadores y no-colonizadores
Reducen drá
drásticamente la cosecha y
tambié
tambi
én la calidad. RB (62%) es muy
susceptible a la necrosis de maya y
tambié
tambi
én a algunos cí
círculos necró
necróticos
PVY en papa
• Las razas O causan moteado de hojas y
síntomas secundarios incluyendo
arrugamiento de hojas y enanismo
• Las razas N causan principalmente
síntomas de mosaico que es difícil de
detectar en la mayoría de cultivares (1990
= primera epidemia)
• Algunos aislamientos de N producen
círculos superficiales que luego se vuelven
profundos y necróticos (almacenaje).
Estos han sido clasificados como NTN
• La presencia de N fue confirmada por
primera vez en el PNO en el 2001
(Crosslin et al. 2006)
PVY Recombinantes= PVYN:O
• Algunos aislamientos tienen
características de ambas razas O y N.
Se les ha llamado N:O porque
serológicamente son clasificadas como
O pero producen necrosis en tabaco.
• La mayoría causan círculos necróticos
en los tubérculos
• La presencia de N:O fue también
confirmada en el PNO (Crosslin et al.
2006)
Escenario actual de PVY
% lotes rechazados
Idaho
2001
2002
2003
2004
2005
- Courtesy Glenda Craig, Idaho Crop Improvement
Association, Inc.
2006
2007
Semilla libre de virus
•
•
•
•
Para poder ser certificado en Idaho, los lotes importados deben haber
pasado la prueba de invierno o los brotes haber sido probados con ELISA.
PLRV puede ser visual o ELISA. Máximo virus permitido para poder ser recertificado es:
PLRV: 0.8%
Mosaico (PVY + PVA): 2.0%
Generation
Tolerance limit %
Nuclear
0.00
G1
0.00
G2
0.25
G3
0.50
G4
0.75
G5
1.00
G6
1.00
- Courtesy Glenda Craig, Idaho Crop Improvement
Association, Inc.
Una trilogía inseparable
Virus
Virus
hu Re
a
de és cc
p e ió
ho d n
s y de
pe ra l
de ng
ro o
s
E
fi c
es ie
pe nc i
ci a d
fic e
id tr
ad an
de s m
l v is
ec ió n
to y
r
Planta
Virus
Vector
Virus
Ecología y clima, fenotipo y
genotipo y comportamiento de
alimentación
- Carter 1939; Hull 1991
Virus Transmission
by
Aphids
Persistente
No-persistente
(PLRV)
(PVY)
Transmisión no persistente
Adquisición
Segundos a
minutos
Retención
Segundos a
minutos
Inoculación
No hay periodo
latente
Transmisión persistente
Adquisición
Minutos a
horas
Retención
De por vida
Inoculación
Un periodo latente
necesario (horasdias)
Transmisión no persistente
• Hipótesis de ingestión-egestión
(Harris 1980) 140 µm
• Hipótesis de ingestión-salivación (Martin et al.1997) 10 µm
• < 5 µm (Uzest et al. 2007. Proc. Natl. Acad. Sci. 104: 17959-17964)
Cauliflower mosaic particle virus
particles binding to Brevicoryne
brassica stylets – illuminated upon
GFP fusion
Vectores de PVY
Myzus persicae
Macrosiphum euphorbiae
Rhopalosiphum padi
# A p h id s
Especies de afidos capturadas en Rexburg
1500
1000
500
Bird Cherry Oat Aphid
Rose-Grass Aphid
Russian Olive Aphid
6/0
6
8 /1
1/0
6
8 /1
/0 6
8 /6
/0 6
8 /1
7/0
6
7 /2
2/0
6
7 /2
7/0
6
7 /1
7 /1
2/0
6
/0 6
7 /7
7 /2
/0 6
0
Other species (13)
Transmisión no persistente
Transmisión persistente (PLRV)
Persistent virus transported through hindgut- haemolymph/haemoceolaccessory salivary glands
Vectores de PLRV
Myzus persicae
Macrosiphum euphorbiae
Las infecciones virales afectan la preferencia de
los áfidos por sus plantas hospederas
• Las claves visuales han sido implicadas
ya que los áfidos prefieren el color
amarillo y la clorosis es un síntoma de
infección de muchos virus (Moericke 1955,
Kennedy et al. 1961, Macias and Mink 1969, Fereres
et al. 1999)
Infección por
Luteovirus
Infección por
Potyvirus
• Las claves olfatorias también han sido
implicadas en la atracción (Purcell and Nault
1991, Castle and Berger 1993, Castle et al. 1998)
• VIV (Eigenbrode et al, 2002)
Emigración del AVD
Mean No. of aphids
30
25
20
Potato-Non.inf
HNS vs Potato P < 0.0001
HNS-Non.inf
PLRV-inf vs Non-inf P < 0.0001
15
HNS-PLRV
Potato-PLRV
10
5
0
10
20
30
40
Time interval (min)
50
60
- Srinivasan et al. 2006: Environ. Entomol.
Comparando y cuantificando los volátiles
emitidos por plantas infectadas y sanas
Volatile collection apparatus
Solanum sarrachoides VOCs
45
HNS-PLRV vs HNS non-infected P = 0.0406
ng/100g dry tissue
40
35
30
25
20
15
10
5
0
GLVs
nonanol
HNS non-infected
methyl salicylate
HNS PLRV
tridecane
Terpenoides de papa (sesquiterpenos)
α-murrrolene
uksq
uksq
uksq
germacrene
7-11-dimethyl-3-dodecatriene
α- caryophyllene
β-sesquiphellandrene
caryophyllene
Uksq
α- cubabene
γ-elemene
β-myrcene
0
500
1000
1500
Potato PLRV
2000
2500
3000
ng/100g of dry tissue
Potato non-infected
3500
4000
4500
Efecto de los virus en la
biología de los vectores
• Infecciones virales alteran la fisiología de la planta
hospedera
• Incrementa la acumulación de nutrientes como
aminoácidos y carbohidratos (Ajayi 1986, Fererres et al. 1990)
• Incremento en la producción de nutrientes resulta
en beneficios para los áfidos
• A menudo relacionados con virus que son
transmitidos persistentemente
Parámetros biológicos del AFD y del AP
1. Papa - PLRV
2. Papa
Myzus persicae
12 repeticiones /tratamiento
Macrosiphum euphorbiae
Fecundidad, longevidad, periodo reproductivo y tasa intrínseca
de crecimiento
Inoculación del PLRV
Physalis
floridana PLRV
CT-plantulas de papa
Repollo
Chino
(DAS ELISA)
Parámetros biológicos del AFD y del AP
Fecundidad
Longevidad
Srinivasan et al. 2008. Environ. Entomol.
Parámetros biológicos del AFD y del AP
Periodo reproductivo
Tasa intrínseca de crecimiento
Srinivasan et al. 2008. Environ. Entomol.
Infecciones virales mezcladas
Coinfección con dos virus PVY y PLRV
50
40
% of infection
Pruebas de Invierno
45
35
30
25
20
15
10
5
0
PVY
PLRV
PVY-PLRV
Infecciones virales mezcladas (información
previa)
• Varios autores han investigado extensivamente
el fenómeno de las infecciones mezcladas sobre
las plantas (Rochow & Ross 1955, Barker 1989, Jayasinghe et al.
1989, Fereres et al. 1990, Vance 1991, Vance et al. 1995, Scheets
1998, Karyeija et al. 2000, Savenkov & Valkonen 2001)
• Muy pocos estudios con virus de tejidos no
específicos (potivirus) y específicos (luteovirus)
• No se ha estudiado el efecto de las mezclas
sobre la biología del vector y la preferencia
Efecto de las Infecciones virales mezcladas
4 tratamientos
1. Papa No-inf.
2. PVY-infectada
3. PLRV-infectada
4. PVY-PLRV
infectada
12 repeticiones /tratamiento
Fecundidad monitoreada después de 96 horas
Fecundidad
P < 0.0001
20
P < 0.1208
nymphs / female
15
10
5
0
Non-inf.
PVY
PLRV
PVY-PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
Preferencia de alados
2
1
3
1.
2.
3.
4.
4
No-infectada
PVY infectada
PLRV-infectada
PVY-PLRV infectada
Srinivasan et al. 2006. Environ. Entomol.
Preferencia de apteros
Preferencia medida en
la oscuridad (el tubo
se cubrió con papel
aluminio)
Castle et al. 1998
Srinivasan et al. 2006. Environ. Entomol.
Preferencia de apteros
P < 0.0001
60
# of GPA
50
40
La preferencia no fue
diferente en oscuridad y
en la presencia de luz
P < 0.0001
30
20
10
0
Non-inf.
PVY
PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
PVY-PLRV
Preferencia de alados
P < 0.0143
25
P < 0.0462
# of GPA
20
15
10
5
0
Non-inf.
PVY
PLRV
PVY-PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
1. La interacción
sinergistica mediada
por el HC-Pro con virus
no-potivirus pueden
suprimir mecanismos
de silenciamiento de
genomas invasores de
las plantas (PTGS;
Anandalakshmi et al.
1997).
PVY
2. Esto puede llevar a la
expresión severa de
síntomas y alteración
de titulos: el titulo de
ambos virus se redujo
en las plantas con
PVYPLRV
infeccion mezclada
PLRV
(16% para PVY y 33%
para PLRV)
3. El incremento en la susceptibilidad puede aumentar la producción de claves
de stress o volátiles inducidos por la infección (Eigenbrode et al. 2002)
Tres hipótesis
> proporción de razas necróticas y recombinantes también en NA
(Piche et al. 2004; Crosslin et al. 2005).
Molecular data
Biological/serological data
PVY O
PVY O
80
PVY N-W
= PVY O + PVY N-W
PVY O
60
40
PVY N = PVY N + PVY NTN
PVY NTN
Necrotic
PVY N-W
Necrotic
PVY NTN
20
PVY N
2005
2002
an
y
2000
1993
1986
1979
PVY N
Ge
rm
France
1972
1965
1958
1951
1944
1937
1930
PVY N
Fr
an
ce
Porcentaje de
N
yO
100
Determinar si existe alguna especificidad entre las razas del PVY y los
vectores
Porcentaje de infección 3 semanas
después de la inoculación con áfidos
% o f in f e c t io n
100
80
60
40
20
0
PVYO
PVYN:O
HNS Potato
PVYNTN
n g v iru s
Titulo de PVY 3 semanas después de la
inoculación con áfidos
b
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
a
PVYO
PVYN:O
HNS
Potato
PVYNTN
Interacciones de áfidos con razas necróticas y
no necróticas
Inoculación mecánica
Inoculación con áfidos
PVY O PVY N:O PVY NTN
Razas fueron distinguidas
usando el RT-PCR multiplex
% infección
Conclusiones
• Claves visuales y olfatorias de plantas afectadas
afectan la biología de los vectores e incrementan la
atracción de dichos vectores
• Estos beneficios en los vectores a su vez ayudan a
propagar los virus y aumentar las tasas de infección
en campo
• La relación entre PVY y sus vectores parece ser
específica de acuerdo a la raza del virus y a la
especie del vector.
• Las razas de PVY necróticas parecen ser mas
fácilmente transmitidas que las otras razas
• Esto puede explicar el incremento de infección de
razas necróticas en muchos países productores de
papa
Agradecimientos
-Dr. Marcelo Huarte
-Dr. Babu Srinivasan
-Felix Cervantes (Ph.D. Student)
-Drs. Crosslin & Whitworth
-Apoyo técnico: H. Libby, M.
Wiebe, Y. Medina, E. Dotseth
-Colegas en Idaho: Drs. N.
Bosque-Pérez, S. Eigenbrode,
P. Hutchinson, J. Whitworth
-Fondos federales en los EEUU
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interesados en este tipo de investigación!
• jalvarez@uidaho.edu