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
Potato Virus Y
(Luteoviridae: Polerovirus)
(Potyviridae: Potyvirus)
Áfidos colonizadores Áfidos colonizadores y no-colonizadores
Reducen drásticamente la cosecha y
también la calidad. RB (62%) es muy
susceptible a la necrosis de maya y
también a algunos círculos 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= PVY N: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
Idaho
% lotes rechazados
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
- Courtesy Glenda Craig, Idaho Crop Improvement
Association, Inc.

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
Eficiencia de transmisión y
especificidad del vector
Reacc ión del
huésped y rango
de hospederos
Planta Virus Vector Virus
Ecología y clima, fenotipo y
genotipo y comportamiento de
alimentación
- Carter 1939; Hull 1991

Virus Transmission by Aphids
No-persistente
Persistente
(PVY)
(PLRV)

Transmisión no persistente
Adquisición Retención Inoculación
Segundos a
minutos
Segundos a
minutos
No hay periodo
latente
Transmisión persistente
Adquisición Retención Inoculación
Minutos a
horas
De por vida
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

1500
Especies de afidos capturadas en Rexburg
1000
500
0
7/2/06
7/7/06
7/1 2/06
7/1 7/06
7/2 2/06
7/2 7/06
8/1/06
8 /6/06
8 /1 1/0 6
8/1 6/06
Bird Cherry Oat Aphid Rose-Grass Aphid Russian Olive Aphid Other species (13)
# A p h i d s

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)

30
Emigración del AVD
Mean No. of aphids
25
20
15
10
5
HNS vs Potato P < 0.0001
PLRV-inf vs Non-inf P < 0.0001
Potato-Non.inf
HNS-Non.inf
HNS-PLRV
Potato-PLRV
0
10 20 30 40 50 60
Time interval (min)
- Srinivasan et al. 2006: Environ. Entomol.

Comparando y cuantificando los volátiles
emitidos por plantas infectadas y sanas
Volatile collection apparatus

Solanum sarrachoides VOCs
45
40
HNS-PLRV vs HNS non-infected P = 0.0406
ng/100g dry tissue
35
30
25
20
15
10
5
0
GLVs nonanol methyl salicylate tridecane
HNS non-infected
HNS PLRV

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 2000 2500 3000 3500 4000 4500
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 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
45
Pruebas de Invierno
% of infection
40
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

20
Fecundidad
P < 0.0001
P < 0.1208
15
nymphs / female
10
5
0
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.

Preferencia de alados
1
2
3
4
1. No-infectada
2. PVY infectada
3. PLRV-infectada
4. 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
# of GPA
60
50
40
30
20
10
La preferencia no fue
diferente en oscuridad y
en la presencia de luz
P < 0.0001
P < 0.0001
0
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.

Preferencia de alados
25
P < 0.0143
P < 0.0462
20
# of GPA
15
10
5
0
Non-inf. PVY PLRV PVY-PLRV
- Srinivasan & Alvarez 2007. J. Econ. Entomol.

PLRV
Tres hipótesis
PVY
PVY-
PLRV
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)

proporción de razas necróticas y recombinantes también en NA
(Piche et al. 2004; Crosslin et al. 2005).
Biological/serological data
Molecular data
Porcentaje de N y O
100
80
60
40
20
1930
1937
1944
1951
PVY O
1958
1965
France
= PVY O + PVY N -W
PVY N = PVY N + PVY NTN
1972
1979
1986
1993
PVY N
2000
Necrotic
PVY O
PVY N -W
PVY NTN
PVY N
2005
France
Necrotic
PVY N -W
PVY NTN
2002
Germany
PVY O
Determinar si existe alguna especificidad entre las razas del PVY y los
vectores
PVY N

Porcentaje de infección 3 semanas
después de la inoculación con áfidos
100
% o f i n f e c t i o n
80
60
40
20
0
PVYO PVYN:O PVYNTN
HNS
Potato

n g v iru s
Titulo de PVY 3 semanas después de la
inoculación con áfidos
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
a
PVYO PVYN:O PVYNTN
HNS
Potato
b

Interacciones de áfidos con razas necróticas y
no necróticas
Inoculación mecánica
Inoculación con áfidos
PVY O PVY N:O
PVY NTN
% infección
Razas fueron distinguidas
usando el RT-PCR multiplex

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