7 resultados para Wolbachia pipientis, dengue virus, Aedes notoscriptus, vector competence, tissue tropism
em Universidad Politécnica de Madrid
Resumo:
Actualmente, la gestin de sistemas de Manejo Integrado de Plagas (MIP) en cultivos hortcolas tiene por objetivo priorizar los mtodos de control no qumicos en detrimento del consumo de plaguicidas, segn recoge la directiva europea 2009/128/CE Uso Sostenible de Plaguicidas (OJEC, 2009). El uso de agentes de biocontrol como alternativa a la aplicacin de insecticidas es un elemento clave de los sistemas MIP por sus innegables ventajas ambientales que se utiliza ampliamente en nuestro pas (Jacas y Urbaneja, 2008). En la regin de Almera, donde se concentra el 65% de cultivo en invernadero de nuestro pas (47.367 ha), MIP es la principal estrategia en pimiento (MAGRAMA, 2014), y comienza a serlo en otros cultivos como tomate o pepino. El cultivo de pepino, con 8.902 ha (MAGRAMA, 2013), tiene un protocolo semejante al pimiento (Robledo et al., 2009), donde la nica especie de pulgn importante es Aphis gossypii Glover. Sin embargo, pese al continuo incremento de la superficie de cultivo agrcola bajo sistemas MIP, los daos originados por virosis siguen siendo notables. Algunos de los insectos presentes en los cultivos de hortcolas son importantes vectores de virus, como los pulgones, las moscas blancas o los trips, cuyo control resulta problemtico debido a su elevada capacidad para transmitir virus vegetales incluso a una baja densidad de plaga (Holt et al., 2008; Jacas y Urbaneja, 2008). Las relaciones que se establecen entre los distintos agentes de un ecosistema son complejas y muy especficas. Se ha comprobado que, pese a que los enemigos naturales reducen de manera beneficiosa los niveles de plaga, su incorporacin en los sistemas planta-insecto-virus puede desencadenar complicadas interacciones con efectos no deseables (Dicke y van Loon, 2000; Jeger et al., 2011). As, los agentes de biocontrol tambin pueden inducir a que los insectos vectores modifiquen su comportamiento como respuesta al ataque y, con ello, el grado de dispersin y los patrones de distribucin de las virosis que transmiten (Bailey et al., 1995; Weber et al., 1996; Hodge y Powell, 2008a; Hodge et al., 2011). Adems, en ocasiones el control biolgico por s solo no es suficiente para controlar determinadas plagas (Medina et al., 2008). Entre los mtodos que se pueden aplicar bajo sistemas MIP estn las barreras fsicas que limitan la entrada de plagas al interior de los invernaderos o interfieren con su movimiento, como pueden ser las mallas anti-insecto (lvarez et al., 2014), las mallas fotoselectivas (Raviv y Antignus, 2004; Weintraub y Berlinger, 2004; Daz y Fereres, 2007) y las mallas impregnadas en insecticida (Licciardi et al., 2008; Martin et al., 2014). Las mallas fotoselectivas reducen o bloquean casi por completo la transmisin de radiacin UV, lo que interfiere con la visin de los insectos y dificulta o impide la localizacin del cultivo y su establecimiento en el mismo (Raviv y Antignus, 2004; Weintraub, 2009). Se ha comprobado cmo su uso puede controlar los pulgones y las virosis en cultivo de lechuga (Daz et al., 2006; Legarrea et al., 2012a), as como la mosca blanca, los trips y los caros, y los virus que estos transmiten en otros cultivos (Costa y Robb, 1999; Antignus et al., 2001; Kumar y Poehling, 2006; Doukas y Payne, 2007a; Legarrea et al., 2010). Sin embargo, no se conoce perfectamente el modo de accin de estas barreras, puesto que existe un efecto directo sobre la plaga y otro indirecto mediado por la planta, cuya fisiologa cambia al desarrollarse en ambientes con falta de radiacin UV, y que podra afectar al ciclo biolgico de los insectos fitfagos (Vnninen et al., 2010; Johansen et al., 2011). Del mismo modo, es necesario estudiar la compatibilidad de esta estrategia con los enemigos naturales de las plagas. Hasta la fecha, los estudios han evidenciado que los agentes de biocontrol pueden realizar su actividad bajo ambientes pobres en radiacin UV (Chyzik et al., 2003; Chiel et al., 2006; Doukas y Payne, 2007b; Legarrea et al., 2012c). Otro mtodo basado en barreras fsicas son las mallas impregnadas con insecticidas, que se han usado tradicionalmente en la prevencin de enfermedades humanas transmitidas por mosquitos (Martin et al., 2006). Su aplicacin se ha ensayado en agricultura en ciertos cultivos al aire libre (Martin et al., 2010; Daz et al., 2004), pero su utilidad en cultivos protegidos para prevenir la entrada de insectos vectores en invernadero todava no ha sido investigada. Los aditivos se incorporan al tejido durante el proceso de extrusin de la fibra y se liberan lentamente actuando por contacto en el momento en que el insecto aterriza sobre la malla, con lo cual el riesgo medioambiental y para la salud humana es muy limitado. Los plaguicidas que se emplean habitualmente suelen ser piretroides (deltametrina o bifentrn), aunque tambin se ha ensayado dicofol (Martin et al., 2010) y alfa-cipermetrina (Martin et al., 2014). Un factor que resulta de vital importancia en este tipo de mallas es el tamao del poro para facilitar una buena ventilacin del cultivo, al tiempo que se evita la entrada de insectos de pequeo tamao como las moscas blancas (Bethke y Paine, 1991; Muoz et al., 1999). Asimismo, se plantea la necesidad de estudiar la compatibilidad de estas mallas con los enemigos naturales. Es por ello que en esta Tesis Doctoral se plantea la necesidad de evaluar nuevas mallas impregnadas que impidan el paso de insectos de pequeo tamao al interior de los invernaderos, pero que a su vez mantengan un buen intercambio y circulacin de aire a travs del poro de la malla. As, en la presente Tesis Doctoral, se han planteado los siguientes objetivos generales a desarrollar: 1. Estudiar el impacto de la presencia de parasitoides sobre el grado de dispersin y los patrones de distribucin de pulgones y las virosis que stos transmiten. 2. Conocer el efecto directo de ambientes pobres en radiacin UV sobre el comportamiento de vuelo de plagas clave de hortcolas y sus enemigos naturales. 3. Evaluar el efecto directo de la radiacin UV-A sobre el crecimiento poblacional de pulgones y mosca blanca, y sobre la fisiologa de sus plantas hospederas, as como el efecto indirecto de la radiacin UV-A en ambas plagas mediado por el crecimiento de dichas planta hospederas. 4. Caracterizacin de diversas mallas impregnadas en deltametrina y bifentrn con diferentes propiedades y seleccin de las ptimas para el control de pulgones, mosca blanca y sus virosis asociadas en condiciones de campo. Estudio de su compatibilidad con parasitoides. ABSTRACT Insect vectors of plant viruses are the main agents causing major economic losses in vegetable crops grown under protected environments. This Thesis focuses on the implementation of new alternatives to chemical control of insect vectors under Integrated Pest Management programs. In Spain, biological control is the main pest control strategy used in a large part of greenhouses where horticultural crops are grown. The first study aimed to increase our knowledge on how the presence of natural enemies such as Aphidius colemani Viereck may alter the dispersal of the aphid vector Aphis gossypii Glover (Chapter 4). In addition, it was investigated if the presence of this parasitoid affected the spread of aphid-transmitted viruses Cucumber mosaic virus (CMV, Cucumovirus) and Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV, Polerovirus) infecting cucumber (Cucumis sativus L). SADIE methodology was used to study the distribution patterns of both the virus and its vector, and their degree of association. Results suggested that parasitoids promoted aphid dispersal in the short term, which enhanced CMV spread, though consequences of parasitism suggested potential benefits for disease control in the long term. Furthermore, A. colemani significantly limited the spread and incidence of the persistent virus CABYV in the long term. The flight activity of pests Myzus persicae (Sulzer), Bemisia tabaci (Gennadius) and Tuta absoluta (Meyrick), and natural enemies A. colemani and Sphaerophoria rueppellii (Weidemann) under UV-deficient environments was studied under field conditions (Chapter 5). One-chamber tunnels were covered with cladding materials with different UV transmittance properties. Inside each tunnel, insects were released from tubes placed in a platform suspended from the ceiling. Specific targets were located at different distances from the platform. The ability of aphids and whiteflies to reach their targets was diminished under UV-absorbing barriers, suggesting a reduction of vector activity under this type of nets. Fewer aphids reached distant traps under UV-absorbing nets, and significantly more aphids could fly to the end of the tunnels covered with non-UV blocking materials. Unlike aphids, differences in B. tabaci captures were mainly found in the closest targets. The oviposition of lepidopteran T. absoluta was also negatively affected by a UV-absorbing cover. The photoselective barriers were compatible with parasitism and oviposition of biocontrol agents. Apart from the direct response of insects to UV radiation, plant-mediated effects influencing insect performance were investigated (Chapter 6). The impact of UV-A radiation on the performance of aphid M. persicae and whitefly B. tabaci, and growth and leaf physiology of host plants pepper and eggplant was studied under glasshouse conditions. Plants were grown inside cages covered by transparent and UV-A-opaque plastic films. Plant growth and insect fitness were monitored. Leaves were harvested for chemical analysis. Pepper plants responded directly to UV-A by producing shorter stems whilst UV-A did not affect the leaf area of either species. UV-A-treated peppers had higher content of secondary metabolites, soluble carbohydrates, free amino acids and proteins. Such changes in tissue chemistry indirectly promoted aphid performance. For eggplants, chlorophyll and carotenoid levels decreased with supplemental UVA but phenolics were not affected. Exposure to supplemental UV-A had a detrimental effect on whitefly development, fecundity and fertility presumably not mediated by plant cues, as compounds implied in pest nutrition were unaltered. Lastly, the efficacy of a wide range of Long Lasting Insecticide Treated Nets (LLITNs) was studied under laboratory and field conditions. This strategy aimed to prevent aphids and whiteflies to enter the greenhouse by determining the optimum mesh size (Chapter 7). This new approach is based on slow release deltamethrin- and bifenthrin-treated nets with large hole sizes that allow improved ventilation of greenhouses. All LLITNs produced high mortality of M. persicae and A. gossypii although their efficacy decreased over time with sun exposure. It was necessary a net with hole size of 0.29 mm2 to exclude B. tabaci under laboratory conditions. The feasibility of two selected nets was studied in the field under a high insect infestation pressure in the presence of CMV- and CABYV-infected cucumber plants. Besides, the compatibility of parasitoid A. colemani with bifenthrin-treated nets was studied in parallel field experiments. Both nets effectively blocked the invasion of aphids and reduced the incidence of both viruses, however they failed to exclude whiteflies. We found that our LLITNs were compatible with parasitoid A. colemani. As shown, the role of natural enemies has to be taken into account regarding the dispersal of insect vectors and subsequent spread of plant viruses. The additional benefits of novel physicochemical barriers, such as photoselective and insecticide-impregnated nets, need to be considered in Integrated Pest Management programs of vegetable crops grown under protected environments.
Resumo:
En el complejo de plagas que atacan a los principales cultivos hortcolas protegidos, destacan principalmente los Hempteros, y dentro de estos los pulgones, dada su importancia como vectores de virus que provocan considerables daos y prdidas econmicas. Debido a que la dispersin de la mayora de los virus de plantas puede ser eficaz con densidades bajas de vectores y su control es muy complicado al no existir mtodos curativos para su control, es necesario generar nuevos conocimientos sobre las interacciones virus-vector con el fin de desarrollar nuevas y eficaces estrategias de control. Por ello, el objetivo general de esta Tesis ha sido conocer el efecto de la infeccin viral (directo-mediado por la presencia del virus en el vector- e indirecto-mediado por las alteraciones fsico-qumicas que se originan en la planta como consecuencia de la infeccin viral-) sobre el comportamiento y eficacia biolgica del vector Aphis gossypii Glover y sus posibles repercusiones en la epidemiologa de virosis de transmisin no persistente (Cucumber mosaic virus, CMV, Cucumovirus) y persistente (Cucurbit aphid-borne yellows virus, CABYV, Polerovirus). El primer objetivo de esta Tesis Doctoral, se centr en el estudio del efecto indirecto del virus de transmisin no persistente CMV sobre el comportamiento alimenticio y la preferencia del pulgn A. gossypii en el cultivo de pepino. Los ensayos de despegue y aterrizaje mostraron que los pulgones que fueron liberados en las plantas de pepino infectadas con CMV tuvieron una mayor propensin en migrar hacia las plantas no infectadas (60, 120 y 180 minutos despus de la liberacin) que aquellos que fueron sometidos al tratamiento contrario (planta no infectada hacia planta infectada con CMV). El estudio de preferencia y asentamiento mostr que el vector A. gossypii prefiere asentarse en plantas infectadas con CMV en una etapa temprana de evaluacin (30 minutos despus de la liberacin). Sin embargo, este comportamiento se revirti en una etapa posterior (4 y 48 horas despus de la liberacin), donde los pulgones se asentaron ms en las plantas no infectadas. A travs de la tcnica de Grficos de Penetracin Elctrica (EPG) se observ un efecto indirecto del virus CMV, revelado por un cambio brusco en el comportamiento de prueba del pulgn a lo largo del tiempo, cuando stos fueron expuestos a las plantas infectadas con CMV. Los primeros 15 minutos de registro EPG mostraron que los pulgones hicieron un nmero mayor de punciones intracelulares (potencial drops - pds) y pruebas en las plantas infectadas con CMV que en las plantas no infectadas. Por otra parte, la duracin de la primera prueba fue ms corta y la duracin total de las pds por insecto fue mucho ms larga en las plantas infectadas con CMV. Se observaron diferencias significativas en el tiempo transcurrido desde el final de la ltima pd hasta el final de la prueba, siendo ese tiempo ms corto para los pulgones que estaban alimentndose en plantas infectadas con CMV. En la segunda hora de registro los pulgones rechazaron las plantas infectadas con CMV como fuente de alimento, permaneciendo menos tiempo en las fases de prueba en floema (fase de salivacin E1 y fase de ingestin del floema E2). El comportamiento alimenticio observado sobre las plantas infectadas con CMV favorece la adquisicin y posterior transmisin de los virus de transmisin no persistente, los cuales son adquiridos e inoculados durante la realizacin de pruebas intracelulares en las primeras pruebas de corta duracin. En el segundo objetivo de la Tesis se evalu el efecto directo e indirecto del virus de transmisin persistente CABYV en el comportamiento alimenticio y preferencia del pulgn A. gossypii en cultivo de pepino, especie susceptible al virus, y algodn, especie inmune al virus. No se observ un efecto directo del virus relevante en el comportamiento alimenticio del vector, ya que los resultados obtenidos a nivel floemtico en plantas de pepino no se observaron en plantas de algodn, inmune al virus CABYV. Esto sugiere que los resultados obtenidos en pepino, pueden deberse a un posible efecto indirecto originado por la infeccin de las plantas susceptibles al virus durante la realizacin del ensayo, lo que indirectamente puede modificar el comportamiento del pulgn durante la fase de evaluacin. Sin embargo, el virus CABYV modific indirectamente el comportamiento alimenticio de su vector a travs de cambios en la planta infectada. Los pulgones tardaron menos tiempo en llegar al floema, realizaron un mayor nmero de pruebas floemticas y permanecieron durante ms tiempo en actividades floemticas en plantas infectadas con CABYV. El comportamiento observado sobre las plantas infectadas con CABYV favorece la adquisicin de virus persistentes, los cuales son adquiridos durante la alimentacin sostenida en floema. El estudio de preferencia y asentamiento de A. gossypii mostr que los pulgones virulferos prefieren asentarse en plantas no infectadas a corto y largo plazo de evaluacin (2, 4 y 48 horas despus de la liberacin). Los ensayos de despegue y aterrizaje mostraron que los pulgones virulferos que fueron liberados en las plantas de pepino infectadas con CABYV tuvieron una mayor propensin en migrar hacia las plantas no infectadas (3, 6, 24 y 48 horas despus de la liberacin) que aquellos que fueron sometidos al tratamiento contrario (planta no infectada hacia planta infectada con CABYV). Sin embargo, los pulgones no virulferos no mostraron preferencia por plantas de pepino no infectadas o infectadas con CABYV en ninguno de los ensayos (preferencia o despegue) o periodos evaluados (corto y largo plazo). Los resultados indican que el virus CABYV es capaz de modificar indirectamente el comportamiento alimenticio de su vector a travs de cambios en la planta infectada, favoreciendo su adquisicin por su principal vector, A. gossypii. Una vez que los pulgones tienen capacidad de transmitir el virus (virulferos) se produce un cambio en su comportamiento prefiriendo asentarse sobre plantas no infectadas optimizndose as la dispersin viral. El tercer objetivo de la Tesis, fue evaluar los efectos directos e indirectos del virus CABYV as como los efectos indirectos del virus CMV en la eficacia biolgica del vector A. gossypii. Los resultados obtenidos en los ensayos realizados con el virus persistente CABYV indican que el virus parece no modificar directamente ni indirectamente la eficacia biolgica del vector en plantas de pepino o algodn, no observndose diferencias estadsticas en ninguno de los parmetros poblacionales evaluados (tiempo de desarrollo, tasa intrnseca de crecimiento, tiempo generacional medio, tasa media de crecimiento relativo y ninfas totales). En cuanto a los ensayos realizados con el virus no persistente, CMV, los resultados muestran un efecto indirecto del virus sobre la biologa del vector. As result que tanto la tasa intrnseca de crecimiento natural (rm) como la tasa media de crecimiento relativo (RGR) fueron ms altas para pulgones crecidos sobre plantas infectadas con CMV que sobre plantas no infectadas, favoreciendo la reproduccin y crecimiento poblacional del vector sobre plantas infectadas con CMV. Los resultados obtenidos en la presente Tesis, ofrecen un ejemplo de como los virus de plantas pueden manipular directa e indirectamente a su vector, maximizando as su dispersin entre las plantas. Esos nuevos conocimientos generados tienen implicaciones importantes en la transmisin, dispersin y en la epidemiologa de los virus y deben ser considerados para disear o ajustar los modelos de simulacin existentes y patrones de dispersin que describen las epidemias de estos virus. ABSTRACT The main objective of this Thesis has been to understand the effect of the viral infection (direct-mediated by the presence of the virus in the vector and indirect mediated by the chemical and physical changes originated in the plant as a consequence of the viral infection) on the behaviour and biological efficacy of the vector Aphis gossypii Glover and its consequences in the epidemiology of two viral diseases, one with non-persistent transmission (Cucumber mosaic virus, CMV, Cucumovirus) and another with persistent transmission (Cucurbit aphid-borne yellows virus, CABYV, Polerovirus). The first objective of this Thesis was the study of the indirect effect of the nonpersistent virus CMV on the feeding behaviour and preference of the aphid A. gossypii in cucumber plants. The results of the alighting and settling behaviour studies showed that aphids exhibited no preference to migrate from CMV-infected to mock-inoculated plants at short time intervals (1, 10 and 30 min after release), but showed a clear shift in preference to migrate from CMV-infected to mock-inoculated plants 60 min after release. Our free-choice preference assays showed that A. gossypii alates preferred CMV-infected over mockinoculated plants at an early stage (30 min), but this behaviour was reverted at a later stage and aphids preferred to settle and reproduce on mock-inoculated plants. The electrical penetration graph (EPG) technique revealed a sharp change in aphid probing behaviour over time when exposed to CMV-infected plants. At the beginning (first 15 min) aphid vectors dramatically increased the number of short superficial probes and intracellular punctures when exposed to CMV-infected plants. At a later stage (second hour of recording) aphids diminished their feeding on CMV-infected plants as indicated by much less time spent in phloem salivation and ingestion (E1 and E2). This particular probing behaviour including an early increase in the number of short superficial probes and intracellular punctures followed by a phloem feeding deterrence is known to enhance the transmission efficiency of viruses transmitted in a NP manner. We conclude that CMV induces specific changes in a plant host that modify the alighting, settling and probing behaviour of its main vector A. gossypii, leading to optimum transmission and spread of the virus. The second objective of this work was to evaluate the effects that the persistently aphid transmitted Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV) can induce directly and indirectly on the alighting, settling and probing behaviour activities of the cotton aphid A. gossypii. Only minor direct changes on aphid feeding behaviour was observed due to CABYV when viruliferous aphids fed on mock-inoculated plants. However, the feeding behaviour of non-viruliferous aphids was very different on CABYV-infected than on mockinoculated plants. Non-viruliferous aphids spent longer time feeding from the phloem when plants were infected by CABYV than on mock-inoculated plants, suggesting that CABYV indirectly manipulates aphid feeding behaviour through its shared host plant in order to favour viral acquisition. The vector alighting and settling preference was compared between nonviruliferous and viruliferous aphids. Viruliferous aphids showed a clear preference for mockinoculated over CABYV-infected plants at short and long time, while such behaviour was not observed for non-viruliferous aphids. Overall, our results indicate that CABYV induces changes in its host plant that modifies aphid feeding behaviour in a way that virus acquisition from infected plants is enhanced. Once the aphids become viruliferous they prefer to settle on healthy plants, leading to optimize the transmission and spread of the virus. The third objective was to evaluate the direct and indirect effects of CABYV and indirect effects of the CMV on the A. gossypii fitness. Obtained results for the persistent virus CABYV showed that the virus did not modify the vector fitness in cucumber or cotton plants. None of the evaluated variables was statistically significant (development time (d), intrinsic growth rate (rm), mean relative growth rate (RGR) and total number of nymphs). On the other hand, data obtained for the non-persistent virus (CMV) showed an indirect effect of the virus on the vector fitness. Thus, the rm and RGR were higher for aphids grown on CMV-infected plants compared to aphids grown on mock-inoculated plants. Overall, the obtained results are clear examples of how plant viruses could manipulate directly and indirectly vector behaviour to optimize its own dispersion. These results are important for a better understanding of transmission, dispersion and epidemiology of plant viruses transmitted by vectors. This information could be also considered to design or adjust simulation models and dispersion patterns that describe plant virus epidemics.
Resumo:
In this communication we report a direct immunoassay for detecting dengue virus by means of a label-free interferometric optical detection method. We also demonstrate how we can optimize this sensing response by adding a blocking step able to significantly enhance the optical sensing response. The blocking reagent used for this optimization is a dry milk diluted in phosphate buffered saline. The recognition curve of dengue virus over the proposed surface sensor demonstrates the capacity of this method to be applied in Point of Care technology.
Resumo:
Relationships between agents in multitrophic systems are complex and very specific. Insect-transmitted plant viruses are completely dependent on the behaviour and distribution patterns of their vectors. The presence of natural enemies may directly affect aphid behaviour and spread of plant viruses, as the escape response of aphids might cause a potential risk for virus dispersal. The spatio-temporal dynamics of Cucumber mosaic virus (CMV) and Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV), transmitted by Aphis gossypii in a non-persistent and persistent manner, respectively, were evaluated at short and long term in the presence and absence of the aphid parasitoid, Aphidius colemani. SADIE methodology was used to study the distribution patterns of both the virus and its vector, and their degree of association. Results suggested that parasitoids promoted aphid dispersion at short term, which enhanced CMV spread, though consequences of parasitism suggest potential benefits for disease control at long term. Furthermore, A. colemani significantly limited the spread and incidence of the persistent virus CABYV at long term. The impact of aphid parasitoids on the dispersal of plant viruses with different transmission modes is discussed.
Resumo:
Plant viruses are known to modify the behaviour of their insect vectors, both directly and indirectly,generally adapting to each type of virus?vector relationship in a way that enhances transmissionefficiency. Here, we report results of three different studies showing how a virus transmitted in a non-persistent (NP) manner (Cucumber mosaic virus; CMV, Cucumovirus) can induce changes in its host plant,cucumber (Cucumis sativus cv. Marumba) that modifies the behaviour of its aphid vector (Aphis gossypiiGlover; Hemiptera: Aphididae) in a way that enhances virus transmission and spread non-viruliferousaphids changed their alighting, settling and probing behaviour activities over time when exposed toCMV-infected and mock-inoculated cucumber plants. Aphids exhibited no preference to migrate fromCMV-infected to mock-inoculated plants at short time intervals (1, 10 and 30 min after release), butshowed a clear shift in preference to migrate from CMV-infected to mock-inoculated plants 60 min afterrelease. Our free-choice preference assays showed that A. gossypii alates preferred CMV-infected overmock-inoculated plants at an early stage (30 min), but this behaviour was reverted at a later stage andaphids preferred to settle and reproduce on mock-inoculated plants. The electrical penetration graph(EPG) technique revealed a sharp change in aphid probing behaviour over time when exposed to CMV-infected plants. At the beginning (first 15 min) aphid vectors dramatically increased the number of shortsuperficial probes and intracellular punctures when exposed to CMV-infected plants. At a later stage (sec-ond hour of recording) aphids diminished their feeding on CMV-infected plants as indicated by much lesstime spent in phloem salivation and ingestion (E1 and E2). This particular probing behaviour includingan early increase in the number of short superficial probes and intracellular punctures followed by aphloem feeding deterrence is known to enhance the transmission efficiency of viruses transmitted in aNP manner. We conclude that CMV induces specific changes in a plant host that modify the alighting,settling and probing behaviour of its main vector A. gossypii, leading to optimum transmission and spreadof the virus. Our findings should be considered when modelling the spread of viruses transmitted in a NPmanner.
Resumo:
El impacto negativo que tienen los virus en las plantas hace que estos puedan ejercer un papel ecolgico como moduladores de la dinmica espacio-temporal de las poblaciones de sus huspedes. Entender cules son los mecanismos genticos y los factores ambientales que determinan tanto la epidemiologa como la estructura gentica de las poblaciones de virus puede resultar de gran ayuda para la comprensin del papel ecolgico de las infecciones virales. Sin embargo, existen pocos trabajos experimentales que hayan abordado esta cuestin. En esta tesis, se analiza el efecto de la heterogeneidad del paisaje sobre la incidencia de los virus y la estructura gentica de sus poblaciones. Asimismo, se explora como dichos factores ambientales influyen en la importancia relativa que los principales mecanismos de generacin de variabilidad gentica (mutacin, recombinacin y migracin) tienen en la evolucin de los virus. Para ello se ha usado como sistema los begomovirus que infectan poblaciones de chiltepn (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) DArcy & Eshbaugh) en Mxico. Se analiz la incidencia de diferentes virus en poblaciones de chiltepn distribuidas a lo largo de seis provincias biogeogrficas, representando el rea de distribucin de la especie en Mxico, y localizadas en hbitats con diferente grado de intervencin humana: poblaciones sin intervencin humana (silvestres); poblaciones toleradas (lindes y pastizales), y poblaciones manejadas por el hombre (monocultivos y huertos familiares). Entre los virus analizados, los begomovirus mostraron la mayor incidencia, detectndose en todas las poblaciones y aos de muestreo. Las nicas dos especies de begomovirus que se encontraron infectando al chiltepn fueron: el virus del mosaico dorado del chile (Pepper golden mosaic virus, PepGMV) y el virus huasteco del amarilleo de venas del chile (Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV). Por ello, todos los anlisis realizados en esta tesis se centran en estas dos especies de virus. La incidencia de PepGMV y PHYVV, tanto en infecciones simples como mixtas, aumento cuanto mayor fue el nivel de intervencin humana en las poblaciones de chiltepn, lo que a su vez se asoci con una menor biodiversidad y una mayor densidad de plantas. Adems, la incidencia de infecciones mixtas, altamente relacionada con la presencia de sntomas, fue tambin mayor en las poblaciones cultivadas. La incidencia de estos dos virus tambin vari en funcin de la poblacin de chiltepn y de la provincia biogeogrfica. Por tanto, estos resultados apoyan una de las hiptesis XVI clsicas de la Patologa Vegetal segn la cual la simplificacin de los ecosistemas naturales debida a la intervencin humana conduce a un mayor riesgo de enfermedad de las plantas, e ilustran sobre la importancia de la heterogeneidad del paisaje a diferentes escalas en la determinacin de patrones epidemiolgicos. La heterogeneidad del paisaje no solo afect a la epidemiologa de PepGMV y PHYVV, sino tambin a la estructura gentica de sus poblaciones. En ambos virus, el nivel de diferenciacin gentica mayor fue la poblacin, probablemente asociado a la capacidad de migracin de su vector Bemisia tabaci; y en segundo lugar la provincia biogeogrfica, lo que podra estar relacionado con el papel del ser humano como agente dispersor de PepGMV y PHYVV. La estima de las tasas de sustitucin nucleotdica de las poblaciones de PepGMV y PHYVV mostr una rpida dinmica evolutiva. Los rboles filogenticos de ambos virus presentaron una topologa en estrella, lo que sugiere una expansin reciente en las poblaciones de chiltepn. La reconstruccin de los patrones de migracin de ambos virus indic que sta expansin parece haberse producido desde la zona central de Mxico siguiendo un patrn radial, y en los ltimos 30 aos. Es importante tener en cuenta que el patrn espacial de la diversidad gentica de las poblaciones de PepGMV y PHYVV es similar al descrito previamente para el chiltepn lo que podra dar lugar a la congruencia de las genealogas del husped y la de los virus. Dicha congruencia se encontr cuando se tuvieron en cuenta nicamente las poblaciones de hbitats silvestres y tolerados, lo que probablemente se debe a una codivergencia en el espacio pero no en el tiempo, dado que la evolucin de virus y husped han ocurrido a escalas temporales muy diferentes. Finalmente, el anlisis de la frecuencia de recombinacin en PepGMV y PHYVV indic que esta juega un papel importante en la evolucin de ambos virus, dependiendo su importancia del nivel de intervencin humana de la poblacin de chiltepn. Este factor afect tambin a la intensidad de la seleccin a la que se ven sometidos los genomas de PepGMV y PHYVV. Los resultados de esta tesis ponen de manifiesto la importancia que la reduccin de la biodiversidad asociada al nivel de intervencin humana de las poblaciones de plantas y la heterogeneidad del paisaje tiene en la emergencia de nuevas enfermedades virales. Por tanto, es necesario considerar estos factores ambientales a la hora de comprender la epidemiologia y la evolucin de los virus de plantas.XVII SUMMARY Plant viruses play a key role as modulators of the spatio-temporal dynamics of their host populations, due to their negative impact in plant fitness. Knowledge on the genetic and environmental factors that determine the epidemiology and the genetic structure of virus populations may help to understand the ecological role of viral infections. However, few experimental works have addressed this issue. This thesis analyses the effect of landscape heterogeneity in the prevalence of viruses and the genetic structure of their populations. Also, how these environmental factors influence the relative importance of the main mechanisms for generating genetic variability (mutation, recombination and migration) during virus evolution is explored. To do so, the begomoviruses infecting chiltepin (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) D'Arcy & Eshbaugh) populations in Mexico were used. Incidence of different viruses in chiltepin populations of six biogeographical provinces representing the species distribution in Mexico was determined. Populations belonged to different habitats according to the level of human management: populations with no human intervention (Wild); populations naturally dispersed and tolerated in managed habitats (let-standing), and human managed populations (cultivated). Among the analyzed viruses, the begomoviruses showed the highest prevalence, being detected in all populations and sampling years. Only two begomovirus species infected chiltepin: Pepper golden mosaic virus, PepGMV and Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV. Therefore, all the analyses presented in this thesis are focused in these two viruses. The prevalence of PepGMV and PHYVV, in single and mixed infections, increased with higher levels of human management of the host population, which was associated with decreased biodiversity and increased plant density. Furthermore, cultivated populations showed higher prevalence of mixed infections and symptomatic plants. The prevalence of the two viruses also varied depending on the chiltepin population and on the biogeographical province. Therefore, these results support a classical hypothesis of Plant Pathology stating that simplification of natural ecosystems due to human management leads to an increased disease risk, and illustrate on the importance of landscape heterogeneity in determining epidemiological patterns. Landscape heterogeneity not only affected the epidemiology of PepGMV and PHYVV, but also the genetic structure of their populations. Both viruses had the highest level of genetic differentiation at the population scale, probably associated with the XVIII migration patterns of its vector Bemisia tabaci, and a second level at the biogeographical province scale, which could be related to the role of humans as dispersal agents of PepGMV and PHYVV. The estimates of nucleotide substitution rates of the virus populations indicated rapid evolutionary dynamics. Accordingly, phylogenetic trees of both viruses showed a star topology, suggesting a recent diversification in the chiltepin populations. Reconstruction of PepGMV and PHYVV migration patterns indicated that they expanded from central Mexico following a radial pattern during the last 30 years. Importantly, the spatial genetic structures of the virus populations were similar to that described previously for the chiltepin, which may result in the congruence of the host and virus genealogies. Such congruence was found only in wild and let-standing populations. This is probably due to a co-divergence in space but not in time, given the different evolutionary time scales of the host and virus populations. Finally, the frequency of recombination detected in the PepGMV and PHYVV populations indicated that this mechanism plays an important role in the evolution of both viruses at the intra-specific scale. The level of human management had a minor effect on the frequency of recombination, but influenced the strength of negative selective pressures in the viral genomes. The results of this thesis highlight the importance of decreased biodiversity in plant populations associated with the level of human management and of landscape heterogeneity on the emergence of new viral diseases. Therefore it is necessary to consider these environmental factors in order to fully understand the epidemiology and evolution of plant viruses.
Resumo:
Background Objective assessment of psychomotor skills has become an important challenge in the training of minimally invasive surgical (MIS) techniques. Currently, no gold standard defining surgical competence exists for classifying residents according to their surgical skills. Supervised classification has been proposed as a means for objectively establishing competence thresholds in psychomotor skills evaluation. This report presents a study comparing three classification methods for establishing their validity in a set of tasks for basic skills assessment. Methods Linear discriminant analysis (LDA), support vector machines (SVM), and adaptive neuro-fuzzy inference systems (ANFIS) were used. A total of 42 participants, divided into an experienced group (4 expert surgeons and 14 residents with >10 laparoscopic surgeries performed) and a nonexperienced group (16 students and 8 residents with <10 laparoscopic surgeries performed), performed three box trainer tasks validated for assessment of MIS psychomotor skills. Instrument movements were captured using the TrEndo tracking system, and nine motion analysis parameters (MAPs) were analyzed. The performance of the classifiers was measured by leave-one-out cross-validation using the scores obtained by the participants. Results The mean accuracy performances of the classifiers were 71 % (LDA), 78.2 % (SVM), and 71.7 % (ANFIS). No statistically significant differences in the performance were identified between the classifiers. Conclusions The three proposed classifiers showed good performance in the discrimination of skills, especially when information from all MAPs and tasks combined were considered. A correlation between the surgeons previous experience and their execution of the tasks could be ascertained from results. However, misclassifications across all the classifiers could imply the existence of other factors influencing psychomotor competence.