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

• ¡Buscando buenos estudiantes que estén interesados en este tipo de investigación!

• jalvarez@uidaho.edu