Diversity of tospoviruses

Het bronsvlekkenvirus van de tomaat, dat in het Engels "tomato spotted wilt virus" (afgekort: TSWV) wordt genoemd, is een wereldwijd voorkomend plantepathogeen. Het veroorzaakt - met name in de tropen - veel schade aan een groot aantal gewassen. Het virus wordt uitsluitend door tripsen verspreid. Recentelijk is het virus veel aandacht gaan trekken nadat de Californische trips, Frankliniella occidentalis, ëën van de belangrijkste vectoren van dit virus, zich is gaan verspreiden over het noordelijk halfrond, en wellicht zelfs over de gehele wereld, vanuit de westelijke staten van de Verenigde Staten van Amerika.Het ontbreken van goede antisera en moleculaire informatie heeft lange tijd een goede classificatie van dit virus in de weg gestaan. Dit leidde er toe dat het virus aanvankelijk in een monotypische plantevirusgroep werd ondergebracht. Op grond van morfologische eigenschappen, wijze van overdracht en genoomstructuur is het virus thans ondergebracht bij de Bunyaviridae, een grote familie van diervirussen die biologisch veelal door tal van insecten en teken overgebracht worden. Vanwege het afwijkend gastheerbereik (planten in plaats van dieren) is TSWV binnen deze familie in een apart genus (Tospovirus) ondergebracht.De virusdeeltjes hebben een diameter van 70 tot 110 nm. Zij bestaan uit drie nucleocapsiden omgeven door een lipidemembraan. Deze membraan bevat twee viraal gecodeerde glycoproteinen, Gl en G2, genoemd. Het genoom bestaat uit drie enkelstrengs lineaire RNA segmenten, die S (small), M (medium) en L (large) RNA worden genoemd en met het nucleocapside eiwit de drie nucleocapsiden vormen.Op grond van het grote waardplantenbereik van TSWV en het vermogen te worden overgebracht door verschillende tripssoorten mag verwacht worden dat er een grote variatie tussen verschillende isolaten van dit virus kan bestaan. Tot voorkort was het niet mogelijk om de diverse isolaten op welke manier dan ook te onderscheiden. Dit proefschrift beschrijft een studie waarin het onderscheiden en classificeren van TSWV isolaten centraal stond. Kennis van de variabele eigenschappen waarin TSWV isolaten kunnen verschillen is niet alleen louter van taxonomisch belang maar ook essentieel om tot een gerichte en verantwoorde bestrijding van het virus te komen, zijn epidemiologie te leren kennen en over de juiste toetsen te kunnen beschikken in de veredeling van resistente gewassen.Allereerst is er een analyse gemaakt van een twintigtal verschillende TSWV isolaten, gebruikmakend van een polyklonaal antiserurn dat bereid was tegen gezuiverde nucleocapside-eiwit (N) preparaten van een TSWV-isolaat uit Brazilië (BR-01), en twee monoklonale antisera tegen ditzelfde eiwit. Uit deze studie bleek (Hoofdstuk 2) dat de getoetste isolaten in twee serogroepen uiteen vielen. Zestien van de twintig isolaten vertoonden eenzelfde reactie met de gebruikte antilichamen (serogroep I). De overige vier isolaten reageerden slechts zwak met het BR-01 antiserum. Twee van deze isolaten reageerden met geen van beide monoklonalen, de twee andere slechts met een van beiden. Deze vier isolaten werden in een tweede serogroep (serogroep II) met twee verschillende serotypen, I en II, ondergebracht. De zestien serogroep I isolaten die met BR-01 anti-N-serum reageerden, worden - omdat de meeste in het veld op tomaten en peper zijn gevonden - verder als isolaten van TSWV aangeduid.In het derde hoofdstuk worden de resultaten van een cytopathologische -studie aan een dertigtal TSWV isolaten beschreven. Dunne weefselcoupes van geïnfecteerd plantemateriaal werden bestudeerd door middel van elektronenmicroscopie en immunogoud analyse. Tussen de verschillende isolaten werden in cytopathologisch opzicht geen principiële verschillen gevonden. Naast de virusdeeltjes die meestal in clusters in de cisternae van het endoplasmatisch reticulum van geïnfecteerde cellen voorkomen, worden in het cytoplasma ook elektronenmicroscopisch dichte aggregaten en fibrillaire structuren aangetroffen. De aggregaten bleken ondermeer uit nucleocapside-eiwit te bestaan, terwijl de fibrillaire structuren, die in verschillende vormen voorkomen, specifiek reageerden met antisera tegen het non-structurele eiwit (NSs) dat door het S RNA gecodeerd wordt.In het vierde hoofdstuk zijn de biologische eigenschappen beschreven van een sterk afwijkend Nederlands isolaat (NL-07), dat echter grote overeenkomst vertoont met een isolaat dat in de Verenigde Staten van Amerika door Law en Moyer (J. Gen. Virol. 71: 933- 938, 1990) is beschreven. Dit Nederlandse isolaat reageerde totaal niet met het voor serogroep I of serogroep II specifieke antiserum. Op grond van deze serologische resultaten wordt dit isolaat als een nieuw tospovirus beschouwd, waarvoor de naam "Impatiens necrotic spot virus" (INSV) is gekozen. Dit virus verschilt echter niet alleen serologisch van serogroep I en II, maar ook in haar reactie op waardplanten. INSV geeft vaak systemische infecties op bepaalde plantesoorten die als sierplanten, bijv. Impatiens , gebruikt worden. Echter de meeste nachtschadeachtigen die vaak systemisch met TSWV reageren geven na infectie met INSV locale necrotische vlekjes op het geïnoculeerde blad. In een gering aantal soorten breiden deze infecties zich uit tot plantedelen die aan het geïnoculeerde blad grenzen, waarna de plant meestal afsterft.De biologische en de moleculaire eigenschappen van het Braziliaanse isolaat BR-03, en het Zuid-Afrikaanse isolaat SA-05, die als vertegenwoordigers van de beide serotypen in serogroup II worden beschouwd, worden in het vijfde hoofstuk beschreven. De reacties van deze isolaten verschillen op diverse waardplanten in principe niet van die, welke door de serogroep I virussen veroorzaakt worden. Ook met betrekking tot een aantal andere eigenschappen, zoals de verhouding waarin de nucleocapsiden onderling voorkomen, werden geen verschillen gevonden die voor classificatie bruikbaar waren. De conclusies zoals die op grond van serologische analyses in het tweede hoofdstuk zijn getrokken, werden bevestigd in experimenten, waarin antisera tegen het nucleocapside-eiwit van elk van deze isolaten gebruikt werden. In deze studie waarin genoemde isolaten, maar ook andere serotype I- en II isolaten werden getoetst, konden deze serotypen duidelijk van elkaar onderscheiden worden. Bovendien toonden Northern blot hybridisatie experimenten aan dat het RNA van deze isolaten in geringe mate met nucleïnezuur probes van BR-01 reageerden. Ook onderling bleek het RNA van de serotype I isolaten duidelijk van de serotype II isolaten te verschillen. Op grond van deze bevindingen werd gesuggereerd dat de virussen die tot een van deze serotypen behoren als vertegenwoordigers van een aparte virussoort moet worden aangemerkt.In het laatste hoofdstuk (Chapter 6) wordt aangetoond dat de twee verschillende serotypen uit serogroep II op basis van de verschillen tussen de nucleocapside eiwitten inderdaad als twee verschillende virussoorten beschouwd moeten worden. Vergelijking van de nucleotidenvolgorden toonde aan dat er tussen de nucleocapside-eiwit (N) genen van de isolaten uit serogroup I (TSWV) en III (INSV) een homologie van slechts 55.9% bestaat. Voor de serogroep II isolaten vertoont dit gen meer homologie met de N genen van de serogroep I isolaten (75% homologie) dan met die van de serogroep III isolaten (56% homologie). Terwijl de isolaten uit serogroep I of uit III onderling nagenoeg dezelfde N gen sequentie blijken te hebben, wijken die van de serogroep II isolaten sterk van elkaar af (82% homologie). Deze resultaten ondersteunen de conclusie dat de serotype I en II isolaten als twee verschillende virussoorten opgevat moeten worden. Voor deze twee nieuwe virussoorten worden de namen "tomato chlorotic spot virus" (TCSV, serotype I) en "groundnut ringspot virus" (GRSV, serotype II) voorgesteld.Als resultaat van deze studie kunnen we naast TSWV thans drie additionele soorten in het genus Tospovirus onderscheiden. Hoogstwaarschijnlijk zullen andere afwijkende isolaten die tot nu toe door andere auteurs minder diepgaand zijn bestudeerd, zoals het groundnut bud necrosis virus en het watermelon silver mottle virus te zijnertijd ook als aparte soorten aan dit genus toegevoegd kunnen worden.</p

Proton-proton scattering above 3 GeV/c

A large set of data on proton-proton differential cross sections, analyzing powers and the double polarization parameter A_NN is analyzed employing the Regge formalism. We find that the data available at proton beam momenta from 3 GeV/c to 50 GeV/c exhibit features that are very well in line with the general characteristics of Regge phenomenology and can be described with a model that includes the rho, omega, f_2, and a_2 trajectories and single Pomeron exchange. Additional data, specifically for spin-dependent observables at forward angles, would be very helpful for testing and refining our Regge model.Comment: 16 pages, 19 figures; revised version accepted for publication in EPJ

Anisotropy studies around the galactic centre at EeV energies with the Auger Observatory

Data from the Pierre Auger Observatory are analyzed to search for anisotropies near the direction of the Galactic Centre at EeV energies. The exposure of the surface array in this part of the sky is already significantly larger than that of the fore-runner experiments. Our results do not support previous findings of localized excesses in the AGASA and SUGAR data. We set an upper bound on a point-like flux of cosmic rays arriving from the Galactic Centre which excludes several scenarios predicting sources of EeV neutrons from Sagittarius $A$. Also the events detected simultaneously by the surface and fluorescence detectors (the `hybrid' data set), which have better pointing accuracy but are less numerous than those of the surface array alone, do not show any significant localized excess from this direction.Comment: Matches published versio

Atmospheric effects on extensive air showers observed with the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory

Atmospheric parameters, such as pressure (P), temperature (T) and density, affect the development of extensive air showers initiated by energetic cosmic rays. We have studied the impact of atmospheric variations on extensive air showers by means of the surface detector of the Pierre Auger Observatory. The rate of events shows a ~10% seasonal modulation and ~2% diurnal one. We find that the observed behaviour is explained by a model including the effects associated with the variations of pressure and density. The former affects the longitudinal development of air showers while the latter influences the Moliere radius and hence the lateral distribution of the shower particles. The model is validated with full simulations of extensive air showers using atmospheric profiles measured at the site of the Pierre Auger Observatory.Comment: 24 pages, 9 figures, accepted for publication in Astroparticle Physic

Update on the correlation of the highest energy cosmic rays with nearby extragalactic matter

Data collected by the Pierre Auger Observatory through 31 August 2007 showed evidence for anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above the Greisen-Zatsepin-Kuz'min energy threshold, \nobreak{$6\times 10^{19}$eV}. The anisotropy was measured by the fraction of arrival directions that are less than $3.1^\circ$ from the position of an active galactic nucleus within 75 Mpc (using the V\'eron-Cetty and V\'eron $12^{\rm th}$ catalog). An updated measurement of this fraction is reported here using the arrival directions of cosmic rays recorded above the same energy threshold through 31 December 2009. The number of arrival directions has increased from 27 to 69, allowing a more precise measurement. The correlating fraction is $(38^{+7}_{-6})$, compared with $21$ expected for isotropic cosmic rays. This is down from the early estimate of $(69^{+11}_{-13})$. The enlarged set of arrival directions is examined also in relation to other populations of nearby extragalactic objects: galaxies in the 2 Microns All Sky Survey and active galactic nuclei detected in hard X-rays by the Swift Burst Alert Telescope. A celestial region around the position of the radiogalaxy Cen A has the largest excess of arrival directions relative to isotropic expectations. The 2-point autocorrelation function is shown for the enlarged set of arrival directions and compared to the isotropic expectation.Comment: Accepted for publication in Astroparticle Physics on 31 August 201

The exposure of the hybrid detector of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a detector for ultra-high energy cosmic rays. It consists of a surface array to measure secondary particles at ground level and a fluorescence detector to measure the development of air showers in the atmosphere above the array. The "hybrid" detection mode combines the information from the two subsystems. We describe the determination of the hybrid exposure for events observed by the fluorescence telescopes in coincidence with at least one water-Cherenkov detector of the surface array. A detailed knowledge of the time dependence of the detection operations is crucial for an accurate evaluation of the exposure. We discuss the relevance of monitoring data collected during operations, such as the status of the fluorescence detector, background light and atmospheric conditions, that are used in both simulation and reconstruction.Comment: Paper accepted by Astroparticle Physic

The Fluorescence Detector of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a hybrid detector for ultra-high energy cosmic rays. It combines a surface array to measure secondary particles at ground level together with a fluorescence detector to measure the development of air showers in the atmosphere above the array. The fluorescence detector comprises 24 large telescopes specialized for measuring the nitrogen fluorescence caused by charged particles of cosmic ray air showers. In this paper we describe the components of the fluorescence detector including its optical system, the design of the camera, the electronics, and the systems for relative and absolute calibration. We also discuss the operation and the monitoring of the detector. Finally, we evaluate the detector performance and precision of shower reconstructions.Comment: 53 pages. Submitted to Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section

Evidence for a mixed mass composition at the `ankle' in the cosmic-ray spectrum

We report a first measurement for ultra-high energy cosmic rays of the correlation between the depth of shower maximum and the signal in the water Cherenkov stations of air-showers registered simultaneously by the fluorescence and the surface detectors of the Pierre Auger Observatory. Such a correlation measurement is a unique feature of a hybrid air-shower observatory with sensitivity to both the electromagnetic and muonic components. It allows an accurate determination of the spread of primary masses in the cosmic-ray flux. Up till now, constraints on the spread of primary masses have been dominated by systematic uncertainties. The present correlation measurement is not affected by systematics in the measurement of the depth of shower maximum or the signal in the water Cherenkov stations. The analysis relies on general characteristics of air showers and is thus robust also with respect to uncertainties in hadronic event generators. The observed correlation in the energy range around the `ankle' at $\lg(E/{\rm eV})=18.5-19.0$ differs significantly from expectations for pure primary cosmic-ray compositions. A light composition made up of proton and helium only is equally inconsistent with observations. The data are explained well by a mixed composition including nuclei with mass $A > 4$. Scenarios such as the proton dip model, with almost pure compositions, are thus disfavoured as the sole explanation of the ultrahigh-energy cosmic-ray flux at Earth.Comment: Published version. Added journal reference and DOI. Added Report Numbe

Advanced functionality for radio analysis in the Offline software framework of the Pierre Auger Observatory

The advent of the Auger Engineering Radio Array (AERA) necessitates the development of a powerful framework for the analysis of radio measurements of cosmic ray air showers. As AERA performs "radio-hybrid" measurements of air shower radio emission in coincidence with the surface particle detectors and fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory, the radio analysis functionality had to be incorporated in the existing hybrid analysis solutions for fluoresence and surface detector data. This goal has been achieved in a natural way by extending the existing Auger Offline software framework with radio functionality. In this article, we lay out the design, highlights and features of the radio extension implemented in the Auger Offline framework. Its functionality has achieved a high degree of sophistication and offers advanced features such as vectorial reconstruction of the electric field, advanced signal processing algorithms, a transparent and efficient handling of FFTs, a very detailed simulation of detector effects, and the read-in of multiple data formats including data from various radio simulation codes. The source code of this radio functionality can be made available to interested parties on request.Comment: accepted for publication in NIM A, 13 pages, minor corrections to author list and references in v