Estudio de la interacción del virus del Mal de río cuarto (MRCV) y el vector Delphacodes Kuscheli Fennah en infecciones simples y mixtas con virus de la familia Rhabdoviridae

Abstract

Tesis para obtener el grado de Doctora en Ciencias Biológicas, presentada en la Universidad Nacional de Córdoba, en 2013El virus del Mal de Río Cuarto (MRCV, Fijivirus), afecta severamente el rendimiento de los cultivos de maíz (Zea mays L.) en Argentina y es transmitido de manera persistente propagativa por Delphacodes kuscheli Fennah, entre otras especies de la familia Delphacidae (Insecta: Hemiptera). El MRCV se ha presentado en infecciones mixtas con una nueva enfermedad viral que afecta a los cereales de invierno, principalmente el trigo, los cuales son importantes desde el punto de vista epidemiológico, por ser reservorio del MRCV y hospedantes del vector. En esta Tesis se caracterizó biológicamente y se identificó serológica y molecularmente esta nueva virosis que afecta a los cereales de invierno. La sintomatología observada en plantas de trigo infectadas, la presencia de partículas virales baciliformes visualizadas por microscopía, la transmisión por vectores, el rango de hospedantes, la reacción del virus en las pruebas serológicas y la detección molecular en plantas infectadas, confirmaron la presencia de un virus perteneciente al género Cytorhabdovirus (Rhabdoviridae). Se determinó que D. kuscheli es también vector natural de este rhabdovirus, mientras que Chionomus haywardi, Pyrophagus tigrinus, y Toya propinqua son vectores experimentales. También se evaluaron diferentes especies de gramíneas capaces de actuar como reservorio del rhabdovirus del trigo y se demostró que el virus puede infectar a avena, cebada, triticale, sorgo y cebadilla criolla. Por otro lado, se desarrolló una metodología para la obtención experimental de un inóculo mixto MRCV-rhabdovirus, donde se estableció que se obtiene un mayor número de plantas infectadas cuando el vector adquiere primero el MRCV y luego el rhabdovirus. Ensayos de transmisión por vectores demostraron que diferentes especies de cereales pueden coinfectarse con MRCV y rhabdovirus. D. kuscheli transmitió este inóculo mixto a avena cv Bonaerense Payé con una eficiencia de transmisión del 44,4%. Este trabajo, además constituye el primer estudio sobre las interrelaciones, dentro del insecto vector, entre dos importantes virus que afectan los cereales de Argentina. Para conocer el tipo de interacciones que se establecen entre ambos agentes virales en infecciones mixtas, se analizaron insectos mediante qPCR para evaluar si la concentración del MRCV, varía ante la presencia de un segundo virus. Se observó que cuando el insecto se alimenta sobre inóculos mixtos, la acumulación viral de MRCV es menor que en insectos que adquirieron el virus desde inóculos simples. Además, se demostró que a partir de inóculos mixtos se obtiene una mayor proporción de insectos infectados con MRCV. Otra manera de estudiar las interacciones virus-vector fue evaluar la expresión de proteínas de estrés (HSP y HSC) ante la infección con MRCV, ya que constituye uno de los mecanismos de defensa del vector capaz de limitar la replicación viral. El presente estudio permitió detectar la expresión del gen hsc 70 en ejemplares de D. kuscheli infectado con MRCV (transmisores y no transmisores virulíferos). No fue posible evidenciar la expresión de este gen en individuos sanos. Los resultados aquí expuestos contribuyen al entendimiento de las interrelaciones que se establecen entre MRCV y rhabdovirus, hecho que origina una amplia variedad de líneas de investigación, quedando aún muchos aspectos por dilucidar sobre estas interacciones. La detección del gen hsc 70, en D. kuscheli infectados con MRCV, constituye por sí solo un importante aporte a la epidemiología del Mal de Río Cuarto ya que postula a la respuesta inmune como blanco para el desarrollo de nuevas estrategias aplicables en la protección de los cultivos.Mal de Río Cuarto virus (MRCV, Fijivirus), severely affects the yield of maize (Zea mays L.) in Argentina and it is transmitted by Delphacodes kuscheli Fennah in a persistent and propagative manner, among other species of the family Delphacidae (Insecta: Hemiptera). A new viral disease affecting winter cereals, mainly wheat, has appeared with MRCV in mixed infections. From an epidemiologic point of view, winter cereals are important because they are MRCV reservoirs and vector hosts. This new viral disease affecting winter cereals was biologically characterized and identified by serological and molecular methods during this Thesis. Presence of a virus belonging to the Cytorhabdovirus genera (Rhabdoviridae) was confirmed by symptoms on infected plants, bacilliform particles presence detected by microscopy, vector transmission, host range, serological reaction and molecular detection in infected plants. It was determined that D. kuscheli also is a natural vector of this rhabdovirus, while Chionomus haywardi, Pyrophagus tigrinus, y Toya propinqua are experimental vectors. Different grass species were evaluated as wheat rhabdovirus reservoir and we have shown that oat, barley, triticale, sorghum and rescuegrass can be infected with the virus. In addition, a methodology to obtain experimental MRCV-rhabdovirus mixed inocula was developed, and was established that a higher number of infected plants was obtained when rhabdovirus was acquired following MRCV by the vector. Transmission test by vectors showed different cereals species can be infected by both MRCV and rhabdovirus. This mixed inoculum was transmitted to oat cv. Bonaerense Payé by D. kuscheli with 44.4 % of efficiency. Besides, this job represents the first study about relationships, inside an insect vector, between two important viruses affecting cereals from Argentina. To know the kind of interactions established between both viral agents in mixed infections, insects were analyzed by qPCR to evaluate if MRCV concentration varies when a second virus is present. Results showed a reduced viral accumulation of MRCV when the insect fed on mixed inocula. Furthermore, it has been demonstrated that a higher proportion of MRCV transmitter insects was reached from mixed inoculum. Other way to study virus-vector interactions was testing stress proteins expression (HSP and HSC) during an infection with MRCV, as this represents one of the defense mechanisms of the vector which could limit virus replication. The current study allowed detection of the hsc 70 gen expression in D. kuscheli infected with MRCV (transmitting and viruliferous non transmitting). There was no evidence of the expression of this gene in healthy individuals. The results here reported contribute to gain knowledge of interrelationships between MRCV and rhabdovirus, which conforms the beginning of a broad variety of research lines; many aspects to elucidate about these interactions remaining. Detection of hsc 70 gen in infected D. kuscheli with MRCV, represents an important contribution to the epidemiology of Río Cuarto disease because postulate the immune response as a target to new strategies development for crop protection.Instituto de Patología VegetalFil: Dumon, Analia Delina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Fitopatología y Modelización Agrícola (UFyMA); ArgentinaFil: Dumon, Analia Delina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Patología Vegetal; Argentin