Juan Manuel Alvarez
Infecciones mezcladas de virus de papa (PVY y PLRV) y sus efectos en la biología de áfidos vectores y la epide miología
de virus
Department of Plant, Soil and Department of Plant, Soil and Entomological SciencesEntomological Sciences
Aberdeen R&E CenterAberdeen 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)
Potato Virus Y (Potyviridae: Potyvirus)
Áfidos colonizadores Áfidos colonizadores y no-colonizadores
Reducen drReducen dr áásticamente la cosecha y sticamente la cosecha y tambitambi één la calidad. RB (62%) es muy n la calidad. RB (62%) es muy susceptible a la necrosis de maya y susceptible a la necrosis de maya y tambitambi één a algunos cn a algunos c íírculos necrrculos necr óóticosticos
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
- Courtesy Glenda Craig, Idaho Crop Improvement Association, Inc.
% lo
tes
rech
azad
os
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Idaho
Semilla libre de virus• Para poder ser certificado en Idaho, los lotes impo rtados deben haber
pasado la prueba de invierno o los brotes haber sid o probados con ELISA. • PLRV puede ser visual o ELISA. Máximo virus permit ido para poder ser re-
certificado 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
VirusVirus
VirusVirus VectorPlanta
- Carter 1939; Hull 1991
Reacc
ión
del
hué sp
ed y
rang
o
de h
ospe
dero
s
Ecología y clima, fenotipo y genotipo y comportamiento de
alimentación
Efi cienc ia de transmisión y
es peci ficidad del v ec tor
Virus Transmission by AphidsNo-persistente(PVY)
Persistente(PLRV)
Transmisión no persistenteAdquisición Retención Inoculación
Segundos a minutos
Segundos a minutos
No hay periodolatente
Adquisición Retención InoculaciónMinutos a horas
De por vida Un periodo latentenecesario (horas-dias)
Transmisión persistente
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: 17 959-17964)
Caulif lower mosaic particle virus particles binding to Brevicorynebrassica stylets – illuminated upon GFP fusion
VectoresVectores de PVY de PVY
Macrosiphum euphorbiae
Rhopalosiphum padi
Myzus persicae
Especies de afidos capturadas en Rexburg
0
500
1000
1500
7/ 2/06
7/7/067/12/067/1 7/0
67/22/ 0
67/2 7/0
6
8/1/06
8 /6/068 /11/0
68/16/06
# A
phid
s
Bird Cherry Oat Aphid Rose-Grass Aphid Russian Olive Aphid Other species (13)
Transmisión no persistente
Transmisión persistente (PLRV)
Persistent virus transported through hindgut- haemol ymph/haemoceol-accessory salivary glands
VectoresVectores de PLRV de PLRV
Macrosiphum euphorbiaeMyzus persicae
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, Ferereset al. 1999)
Infección porLuteovirus
Infección porPotyvirus
• Las claves olfatorias también han sido implicadas en la atracción (Purcell and Nault1991, Castle and Berger 1993, Castle et al. 1998)
• VIV (Eigenbrode et al, 2002)
0
5
10
15
20
25
30
10 20 30 40 50 60
Mea
n N
o. o
f aph
ids
Time interval (min)
Emigración del AVD
PLRV-inf vs Non-inf P < 0.0001
Potato-Non.inf
HNS-Non.inf
HNS vs Potato P < 0.0001
HNS-PLRV
Potato-PLRV
- Srinivasan et al. 2006: Environ. Entomol.
Comparando y cuantificando los volátiles emitidos por plantas infectadas y sanas
Volatile collection apparatus
Solanum sarrachoides VOCs
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
GLVs nonanol methyl salicylate tridecane
ng/1
00g
dry
tissu
e
HNS non-infected HNS PLRV
HNS-PLRV vs HNS non-infected P = 0.0406
Terpenoides de papa (sesquiterpenos)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
β-myrcene
γ-elemene
α- cubabene
Uksq
caryophyllene
β-sesquiphellandrene
α- caryophyllene
7-11-dimethyl-3-dodecatriene
germacrene
uksq
uksq
uksq
α-murrrolene
ng/100g of dry tissue
Potato PLRV Potato non -infected
Efecto de los virus en la biología de los vectores
• Infecciones virales alteran la fisiología de la pla nta 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
12 repeticiones /tratamiento
Fecundidad, longevidad, periodo reproductivo y tasa intrínseca de crecimiento
Myzus persicae
Macrosiphum euphorbiae
Inoculación del PLRV
Physalisfloridana -PLRV
CT-plantulas de papa
RepolloChino
(DAS ELISA)
Parámetros biológicos del AFD y del AP
Srinivasan et al. 2008. Environ. Entomol.
Fecundidad
Longevidad
Parámetros biológicos del AFD y del AP
Srinivasan et al. 2008. Environ. Entomol.
Periodo reproductivo
Tasa intrínseca de crecimiento
Infecciones virales mezcladasCoinfección con dos virus PVY y PLRV
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
PVY PLRV PVY-PLRV
% o
f inf
ectio
n
Pru
eba
sde
Invi
ern
o
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, Scheets1998, 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 /tratamientoFecundidad monitoreada después de 96 horas
Fecundidad
0
5
10
15
20
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
nym
phs
/ fem
ale
P < 0.0001
P < 0.1208
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
1
3
2
4
Preferencia de alados
1. No-infectada2. PVY infectada3. PLRV-infectada4. 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
0
10
20
30
40
50
60
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
# of
GP
A
P < 0.0001
P < 0.0001
La preferencia no fue diferente en oscuridad y en la presencia de luz
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
Preferencia de alados
0
5
10
15
20
25
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
# o
f GP
A
P < 0.0143
P < 0.0462
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.
Tres hipótesis 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).
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 infeccion mezclada (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)
PVY
PLRVPVY-PLRV
Molecular dataMolecular data
Germ
any
Germ
any
20022002
PVYPVYOO
PVYPVYNN--WW
PVYPVYNN
PVYNTN
20052005
PVYO
PVYN
PVYNTN
PVYN-W
Fran
ceFr
ance
Ne
crot
icN
ecr
otic
Ne
crot
icN
ecr
otic
Por
cent
aje
Por
cent
aje
de
de NN
y y OO
FranceFrance
2020
4040
6060
8080
100100
Biological/serological dataBiological/serological data1
930
19
30
19
371
937
19
441
944
19
511
951
19
581
958
19
651
965
19
721
972
19
791
979
19
861
986
19
931
993
20
002
000
PVYO
PVYN
PVYPVYN N = = PVYPVYNN + PVY+ PVYNTNNTN
= PVYO + PVYN-W
Determinar si existe alguna especificidad entre las razas del PVY y los vectores
> proporción de razas necróticas y recombinantes tam bién en NA (Piche et al. 2004; Crosslin et al. 2005).
Porcentaje de infección 3 semanas después de la inoculación con áfidos
0
20
40
60
80
100
PVYO PVYN:O PVYNTN
% o
f inf
ectio
n
HNS Potato
Titulo de PVY 3 semanas después de la inoculación con áfidos
00.5
11.5
22.5
33.5
4
PVYO PVYN:O PVYNTN
ng v
irus
HNS Potato
ab
Interacciones de áfidos con razas necróticas y no necróticas
Razas fueron distinguidas usando el RT-PCR multiplex
PVY O PVY N:O PVY NTN
Inoculación mecánica
Inoculación con áfidos
% 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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