Compromisos en la adaptación a distintos huéspedes en virus de plantas

Los patógenos han desarrollado estrategias para sobrevivir en su entorno, infectar a sus huéspedes, multiplicarse dentro de estos y posteriormente transmitirse a otros huéspedes. Todos estos componentes hacen parte de la eficacia biológica de los patógenos, y les permiten ser los causantes de enfermedades infecciosas tanto en hombres y animales, como en plantas. El proceso de infección produce efectos negativos en la eficacia biológica del huésped y la gravedad de los efectos, dependerá de la virulencia del patógeno. Por su parte, el huésped ha desarrollado mecanismos de respuesta en contra del patógeno, tales como la resistencia, por la que reduce la multiplicación del patógeno, o la tolerancia, por la que disminuye el efecto negativo de la infección. Estas respuestas del huésped a la infección producen efectos negativos en la eficacia biológica del patógeno, actuando como una presión selectiva sobre su población. Si la presión selectiva sobre el patógeno varía según el huésped, se predice que un mismo patógeno no podrá aumentar su eficacia biológica en distintos huéspedes y estará más adaptado a un huésped y menos a otro, disminuyendo su gama de huéspedes. Esto supone que la adaptación de un patógeno a distintos huéspedes estará a menudo dificultada por compromisos (trade-off) en diferentes componentes de la eficacia biológica del patógeno. Hasta el momento, la evidencia de compromisos de la adaptación del patógeno a distintos huéspedes no es muy abundante, en lo que se respecta a los virus de plantas. En las últimas décadas, se ha descrito un aumento en la incidencia de virus nuevos o previamente descritos que producen enfermedades infecciosas con mayor gravedad y/o diferente patogenicidad, como la infección de huéspedes previamente resistentes. Esto se conoce como la emergencia de enfermedades infecciosas y está causada por patógenos emergentes, que proceden de un huésped reservorio donde se encuentran adaptados. Los huéspedes que actúan como reservorios pueden ser plantas silvestres, que a menudo presentan pocos síntomas o muy leves a pesar de estar infectados con diferentes virus, y asimismo se encuentran en ecosistemas con ninguna o poca intervención humana. El estudio de los factores ecológicos y biológicos que actúan en el proceso de la emergencia de enfermedades infecciosas, ayudará a entender sus causas para crear estrategias de prevención y control. Los virus son los principales patógenos causales de la emergencia de enfermedades infecciosas en humanos, animales y plantas y un buen modelo para entender los procesos de la emergencia. Asimismo, las plantas a diferencia de los animales, son huéspedes fáciles de manipular y los virus que las afectan, más seguros para el trabajo en laboratorio que los virus de humanos y animales, otros modelos también usados en la investigación. Por lo tanto, la interacción virus – planta es un buen modelo experimental para el estudio de la emergencia de enfermedades infecciosas. El estudio de la emergencia de virus en plantas tiene también un interés particular, debido a que los virus pueden ocasionar pérdidas económicas en los cultivos agrícolas y poner en riesgo la durabilidad de la resistencia de plantas mejoradas, lo que supone un riesgo en la seguridad alimentaria con impactos importantes en la sociedad, comparables con las enfermedades infecciosas de humanos y animales domésticos. Para que un virus se convierta en un patógeno emergente debe primero saltar desde su huésped reservorio a un nuevo huésped, segundo adaptarse al nuevo huésped hasta que la infección dentro de la población de éste se vuelva independiente del reservorio y finalmente debe cambiar su epidemiología. En este estudio, se escogió la emergencia del virus del mosaico del pepino dulce (PepMV) en el tomate, como modelo experimental para estudiar la emergencia de un virus en una nueva especie de huésped, así como las infecciones de distintos genotipos del virus del moteado atenuado del pimiento (PMMoV) en pimiento, para estudiar la emergencia de un virus que aumenta su patogenicidad en un huésped previamente resistente. El estudio de ambos patosistemas nos permitió ampliar el conocimiento sobre los factores ecológicos y evolutivos en las dos primeras fases de la emergencia de enfermedades virales en plantas. El PepMV es un patógeno emergente en cultivos de tomate (Solanum lycopersicum) a nivel mundial, que se describió primero en 1980 infectando pepino dulce (Solanum muricatum L.) en Perú, y casi una década después causando una epidemia en cultivos de tomate en Holanda. La introducción a Europa posiblemente fue a través de semillas infectadas de tomate procedentes de Perú, y desde entonces se han descrito nuevos aislados que se agrupan en cuatro cepas (EU, LP, CH2, US1) que infectan a tomate. Sin embargo, el proceso de su emergencia desde pepino dulce hasta tomate es un interrogante de gran interés, porque es uno de los virus emergentes más recientes y de gran importancia económica. Para la emergencia de PepMV en tomate, se recolectaron muestras de tomate silvestre procedentes del sur de Perú, se analizó la presencia y diversidad de aislados de PepMV y se caracterizaron tanto biológicamente (gama de huéspedes), como genéticamente (secuencias genomicas). Se han descrito en diferentes regiones del mundo aislados de PMMoV que han adquirido la capacidad de infectar variedades previamente resistentes de pimiento (Capsicum spp), es decir, un típico caso de emergencia de virus que implica la ampliación de su gama de huéspedes y un aumento de patogenicidad. Esto tiene gran interés, ya que compromete el uso de variedades resistentes obtenidas por mejora genética, que es la forma de control de virus más eficaz que existe. Para estudiar la emergencia de genotipos altamente patogénicos de PMMoV, se analizaron clones biológicos de PMMoV procedentes de aislados de campo cuya patogenicidad era conocida (P1,2) y por mutagénesis se les aumentó la patogenicidad (P1,2,3 y P1,2,3,4), introduciendo las mutaciones descritas como responsables de estos fenotipos. Se analizó si el aumento de la patogenicidad conlleva un compromiso en la eficacia biológica de los genotipos de PMMoV. Para ello se evaluaron diferentes componentes de la eficacia biológica del virus en diferentes huéspedes con distintos alelos de resistencia. Los resultados de esta tesis demuestran: i). El potencial de las plantas silvestres como reservorios de virus emergentes, en este caso tomates silvestres del sur de Perú, así como la existencia en estas plantas de aislados de PepMV de una nueva cepa no descrita que llamamos PES. ii) El aumento de la gama de huéspedes no es una condición estricta para la emergencia de los virus de plantas. iii) La adaptación es el mecanismo más probable en la emergencia de PepMV en tomate cultivado. iv) El aumento de la patogenicidad tiene un efecto pleiotrópico en distintos componentes de la eficacia biológica, así mismo el signo y magnitud de este efecto dependerá del genotipo del virus, del huésped y de la interacción de estos factores. ABSTRACT host Pathogens have evolved strategies to survive in their environment, infecting their hosts, multiplying inside them and being transmitted to other hosts. All of these components form part of the pathogen fitness, and allow them to be the cause of infectious diseases in humans, animals, and plants. The infection process produces negative effects on the host fitness and the effects severity will depend on the pathogen virulence. On the other hand, hosts have developed response mechanisms against pathogens such as resistance, which reduces the growth of pathogens, or tolerance, which decreases the negative effects of infection. T he se responses of s to infection cause negative effects on the pathogen fitness, acting as a selective pressure on its population. If the selective pressures on pathogens va ry according to the host s , probably one pathogen cannot increase its fitness in different hosts and will be more adapted to one host and less to another, decreasing its host range. This means that the adaptation of one pathogen to different hosts , will be often limited by different trade - off components of biological effectiveness of pathogen. Nowadays , trade - off evidence of pathogen adaptation to different hosts is not extensive, in relation with plant viruses. In last decades, an increase in the incidence of new or previously detected viruses has been described, causing infectious diseases with increased severity and/or different pathogenicity, such as the hosts infection previously resistants. This is known as the emergence of infectious diseases and is caused by emerging pathogens that come from a reservoir host where they are adapted. The hosts which act as reservoirs can be wild plants, that often have few symptoms or very mild , despite of being infected with different viruses, and being found in ecosystems with little or any human intervention. The study of ecological and biological factors , acting in the process of the infectious diseases emergence will help to understand its causes to create strategies for its prevention and control. Viruses are the main causative pathogens of the infectious diseases emergence in humans, animals and plants, and a good model to understand the emergency processes. Likewise, plants in contrast to animals are easy host to handle and viruses that affect them, safer for laboratory work than viruses of humans and animals, another models used in research. Therefore, the interaction plant-virus is a good experimental model for the study of the infectious diseases emergence. The study of virus emergence in plants also has a particular interest, because the viruses can cause economic losses in agricultural crops and threaten the resistance durability of improved plants, it suppose a risk for food security with significant impacts on society, comparable with infectious diseases of humans and domestic animals. To become an emerging pathogen, a virus must jump first from its reservoir host to a new host, then adapt to a new host until the infection within the population becomes independent from the reservoir, and finally must change its epidemiology. In this study, the emergence of pepino mosaic virus (PepMV) in tomato, was selected as experimental model to study the emergence of a virus in a new host specie, as well as the infections of different genotypes of pepper mild mottle virus (PMMoV) in pepper, to study the emergence of a virus that increases its pathogenicity in a previously resistant host. The study of both Pathosystems increased our knowledge about the ecological and evolutionary factors in the two first phases of the emergence of viral diseases in plants. The PepMV is an emerging pathogen in tomato (Solanum lycopersicum L.) in the world, which was first described in 1980 by infecting pepino (Solanum muricatum L.) in Peru, and almost after a decade caused an epidemic in tomato crops in Netherlands. The introduction to Europe was possibly through infected tomato seeds from Peru, and from then have been described new isolates that are grouped in four strains (EU, LP, CH2, US1) that infect tomato. However, the process of its emergence from pepino up tomato is a very interesting question, because it is one of the newest emerging viruses and economically important. For the PepMV emergence in tomato, wild tomato samples from southern Peru were collected, and the presence and diversity of PepMV isolates were analyzed and characterized at biological (host range) and genetics (genomic sequences) levels. Isolates from PMMoV have been described in different world regions which have acquired the ability to infect pepper varieties that were previously resistants (Capsicum spp), it means, a typical case of virus emergence which involves the host range extension and an increased pathogenicity. This is of great interest due to involve the use of resistant varieties obtained by breeding, which is the most effective way to control virus. To study the emergence of highly pathogenic genotypes of PMMoV, biological clones from field isolates whose pathogenicity was known were analyzed (P1,2) and by mutagenesis we increased its pathogenicity (P1,2,3 and P1,2, 3,4), introducing the mutations described as responsible for these phenotypes. We analyzed whether the increased pathogenicity involves a trade-off in fitness of PMMoV genotypes. For this aim, different components of virus fitness in different hosts with several resistance alleles were evaluated. The results of this thesis show: i). The potential of wild plants as reservoirs of emerging viruses, in this case wild tomatoes in southern Peru, and the existence in these plants of PepMV isolates of a new undescribed strain that we call PES. ii) The host range expansion is not a strict condition for the plant virus emergence. iii) The adaptation is the most likely mechanism in the PepMV emergence in cultivated tomato. iv) The increased pathogenicity has a pleiotropic effect on several fitness components, besides the sign and magnitude of this effect depends on the virus genotype, the host and the interaction of both.

El convenio europeo del paisaje. Una propuesta metodológica para su implementación en el ámbito urbano

En la actualidad, existe la necesidad de vincular la práctica urbana y arquitectónica al pensamiento ecológico. Eso sucede porque el paisaje es el ámbito disciplinario que registra una mayor identidad contemporánea del lugar y el medio a través del cual asociar las estructuras urbanas a los procesos ecológicos. La amplitud conceptual del término paisaje, le otorga la capacidad para teorizar y proyectar sitios, territorios, ecosistemas, redes organizacionales complejas, infraestructuras, amplias superficies urbanas, y ser visto a la vez como una herramienta de negociación entre conflictos territoriales, diferentes escalas, cruces de fronteras administrativas y enfoques sectoriales. En esta tesis se presenta una propuesta metodológica para la implementación del Convenio Europeo del Paisaje (Consejo de Europa, 2000) en contextos urbanos y periurbanos. Para ello, la tesis aborda, desde una perspectiva aplicada a la planificación territorial, las relaciones espaciales de los diferentes elementos del sistema territorial que componen el mosaico paisajístico de una ciudad de rango medio, Segovia, y su entorno inmediato. El enfoque aplicado de la tesis se materializa a partir de una serie de propuestas de diseño, planificación, ordenación, gestión y protección del paisaje enfocadas a resolver problemas concretos detectados en la zona de estudio seleccionada. Para definir dichas propuestas,, la tesis adopta las bases teóricas o conceptuales de la Arquitectura del Paisaje, una disciplina de diseño aplicada, basada en significados sociales, ecológicos, económicos, culturales e históricos y en los valores visuales y estéticos. El resultado es la propuesta de una herramienta, el Plan de Paisaje de Segovia, cuyo objetivo es el de ofrecer una estrategia para el desarrollo a escala local basado en los procesos ecológicos y las estructuras del paisaje. La identificación y caracterización del paisaje, la definición de objetivos de calidad paisajística de protección, conservación, restauración y creación de nuevos paisajes, así como la propuesta de una estrategia de infraestructura verde para el municipio que promueva la conexión ecológica a escala regional, pretenden enriquecer y mejorar el proceso de planificación urbana y logran una ordenación territorial más integrada, más armónica y equilibrada. Los beneficios de incorporar un enfoque basado en el carácter del paisaje para asesorar en la toma de decisiones sobre el crecimiento urbano y los futuros desarrollos están cada vez mas demostrados y reconocidos. En el contexto europeo, los Planes de Paisaje están siendo incorporados como una nueva herramienta para hacer más efectivo el cumplimiento de los objetivos de desarrollo sostenible. ABSTRACT Nowadays, there is a need to link urban and architectural practice to ecological thinking, being landscape the disciplinary field which has the highest contemporary identity of the place, as well as the capacity to associate urban structures with ecological processes. The conceptual scope of the term landscape offers the ability to theorize and project sites, territories, ecosystems, complex organizational networks, infrastructures, large urban areas, and be seen as a tool to negotiate between territorial conflicts, different scales, administrative boundaries and sectoral approaches. A methodology for the implementation of the European Landscape Convention (Council of Europe, 2000) in urban and peri-urban contexts is presented in this thesis. To do this, the thesis examines, from an applied perspective to spatial planning, the spatial relationships of the different elements of the territorial system that make up the landscape mosaic of Segovia, a middle size city, and its immediate surroundings. The applied approach results in a series of proposals for design, planning, development, management and protection of the landscape focused on solving specific problems identified in the study area selected. To define these proposals, the thesis adopts the theoretical and conceptual foundations of Landscape Architecture, an applied design discipline, based on social, ecological, economic, cultural and historical meanings and visual and aesthetic values. The result is the proposal of a tool, the Landscape Plan of Segovia, whose aim is to provide a strategy for development at the local level, based on ecological processes and landscape structures. The identification and characterization of the landscape, the definition of landscape quality objectives for protection, conservation, restoration and creation of new landscapes as well as a proposed green infrastructure strategy for the town to promote ecological connectivity regionally, intend to enrich and improve the urban planning process and ensure a more integrated, harmonious and balanced territorial development. The benefits of incorporating an approach based on the character of the landscape to assist in the decision making processes on urban growth and future developments are increasingly recognized and proven. In the European context, Landscape Plans are being incorporated as a new tool for a more effective compliance with the objectives of sustainable development.

Influence of new integrated pest management strategies on aphidophagous predators in horticultural crops

El 1 de enero de 2014 entró en vigor la Directiva Europea 2009/128/CE sobre uso sostenible de plaguicidas y el Real Decreto 1311/2012 por el cual se traspone dicha normativa comunitaria al ámbito nacional. Estos reglamentos establecen el marco legal por el que las explotaciones agrícolas deben cumplir los principios generales de la Gestión Integrada de Plagas (GIP). Los principios de la GIP dan preferencia a aquellos métodos de control que sean sostenibles y respetuosos con el medio ambiente, dando prioridad al control biológico, al físico y a otros de carácter no químico. Sin embargo, el uso de insecticidas selectivos con los enemigos naturales es necesario en ocasiones para el adecuado manejo de las plagas en cultivos hortícolas. Por ello, el objetivo general de esta Tesis ha sido aportar conocimientos para la mejora del control de plagas en cultivos hortícolas, mediante la integración de estrategias de lucha biológica, física y química. La primera de las líneas de investigación de esta Tesis se centró en el estudio del efecto de la presencia dos depredadores, larvas Chrysoperla carnea y adultos de Adalia bipunctata, en la dispersión del virus de transmisión no persistente Cucumber mosaic virus (CMV) y del virus de transmisión persistente Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV), transmitidos por el pulgón Aphis gosypii en cultivo de pepino. La tasa de transmisión de CMV fue baja para los dos tiempos de evaluación ensayados (1 y 5 días), debido al limitado movimiento de su vector A. gossypii. Las plantas que resultaron infectadas se localizaron próximas a la fuente de inóculo central y la presencia de ambos enemigos naturales no incrementó significativamente el porcentaje de plantas ocupadas por pulgones ni la tasa de transmisión de CMV. Los patrones de distribución de A. gossypii y de CMV tan solo fueron coincidentes en las proximidades de la planta central infectada en la que se liberaron los insectos. En los ensayos con CABYV, la presencia de C. carnea y de A. bipunctata respectivamente provocó un incremento significativo de la dispersión de A. gossypii tras 14 días, pero no tras 7 días desde la liberación de los insectos. La reducción en el número inicial de pulgones en la planta central infectada con CABYV fue siempre mayor tras la liberación de C. carnea en comparación con A. bipunctata. Sin embargo, la tasa de transmisión de CABYV y su distribución espacial no se vieron significativamente modificadas por la presencia de ninguno de los depredadores, ni tras 7 días ni tras 14 días desde el inicio de los ensayos. Al igual que se estudió el efecto de la presencia de enemigos naturales en el comportamiento de las plagas y en la epidemiología de las virosis que transmiten, en una segunda línea de investigación se evaluó el posible efecto del consumo de pulgones portadores de virus por parte de los enemigos naturales. Este trabajo se llevó a cabo en el Laboratorio de Ecotoxicología del Departamento de Entomología de la Universidade Federal de Lavras (UFLA) (Brasil). En él se evaluó la influencia en los parámetros biológicos del enemigo natural Chrysoperla externa al alimentarse de Myzus persicae contaminados con el virus de transmisión persistente Potato leafroll virus (PLRV). El consumo de M. persicae contaminados con PLRV incrementó significativamente la duración de la fase larvaria, reduciendo también la supervivencia en comparación a otras dos dietas a base de M. persicae no contaminados con el virus y huevos del lepidóptero Ephestia kuehniella. La duración de la fase de pupa de C. externa no difirió significativamente entre las dietas a base de pulgones contaminados con PLRV y pulgones no contaminados, pero ambas fueron menores que con la dieta con huevos de E. kuehniella. Sin embargo, ni la supervivencia en la fase de pupa ni los parámetros reproductivos de los adultos emergidos mostraron diferencias significativas entre las dietas evaluadas. Por el contrario, la supervivencia de los adultos durante los 30 primeros días desde su emergencia sí se vio significativamente afectada por la dieta, siendo al término de este periodo del 54% para aquellos adultos de C. externa que durante su fase larvaria consumieron pulgones con PLRV. Dentro de la GIP, una de las estrategias de carácter físico que se emplean para el control de plagas y enfermedades en cultivos hortícolas protegidos es el uso de plásticos con propiedades fotoselectivas de absorción de la radiación ultravioleta (UV). Por ello, la tercera línea de investigación de la Tesis se centró en el estudio de los efectos directos e indirectos (mediados por la planta) de condiciones especiales de baja radiación UV sobre el crecimiento poblacional del pulgón A. gossypii y los parámetros biológicos del enemigo natural C. carnea, así como sobre las plantas de pepino en las que se liberaron los insectos. Los ensayos se realizaron en jaulones dentro de invernadero, utilizándose en el primero de ellos plantas de pepino sanas, mientras que en el segundo las plantas de pepino fueron previamente infectadas con CABYV para estudiar de qué manera afectaba la incidencia del virus en las mismas condiciones. Las condiciones de baja radiación UV (bajo plástico Térmico Antivirus®) ejercieron un efecto directo en las fases iniciales del cultivo de pepino, promoviendo su crecimiento, mientras que en fases más avanzadas del cultivo indujeron un aumento en el contenido en nitrógeno de las plantas. Las plantas de pepino que fueron sometidas a mayor intensidad de radiación UV (bajo plástico Térmico Blanco®) al inicio del cultivo mostraron un engrosamiento significativo de las paredes de las células epidérmicas del haz de las hojas, así como de la cutícula. El uso del plástico Térmico Antivirus®, utilizado como barrera fotoselectiva para crear condiciones de baja radiación UV, no alteró con respecto al plástico Térmico Blanco® (utilizado como control) el desarrollo poblacional del pulgón A. gossypii ni los parámetros biológicos evaluados en el depredador C. carnea. En el segundo experimento, realizado con plantas infectadas con CABYV, la incidencia de la virosis enmascaró las diferencias encontradas en experimento con plantas sanas, reduciendo aparentemente la influencia de las distintas condiciones de radiación UV. Por último, para el desarrollo de las estrategias de GIP es importante estudiar los posibles efectos secundarios que los plaguicidas pueden tener en los enemigos naturales de las plagas. Es por ello que en la Tesis se evaluaron la toxicidad y los efectos subletales (fecundidad y fertilidad) de flonicamida, flubendiamida, metaflumizona, spirotetramat, sulfoxaflor y deltametrina en los enemigos naturales C. carnea y A. bipunctata. Los efectos secundarios fueron evaluados por contacto residual tanto para larvas como para adultos de ambos enemigos naturales en condiciones de laboratorio. Flonicamida, flubendiamida, metaflumizona y spirotetramat fueron inocuos para larvas de último estadio y adultos de C. carnea y A. bipunctata. Por este motivo, estos insecticidas se presentan como buenos candidatos para ser incorporados dentro de programas de GIP en combinación con estos enemigos naturales para el control de plagas de cultivos hortícolas. Sulfoxaflor fue ligeramente tóxico para adultos de C. carnea y altamente tóxico para larvas de último estadio de A. bipunctata. Para A. bipunctata, sulfoxaflor y deltametrina fueron los compuestos más dañinos. Deltametrina fue también el compuesto más tóxico para larvas y adultos de C. carnea. Por tanto, el uso de deltametrina y sulfoxaflor en programas de GIP debería tomarse en consideración cuando se liberasen cualquiera de estos dos enemigos naturales debido al comportamiento tóxico que mostraron en condiciones de laboratorio. ABSTRACT On 1 January 2014 came into effect the Directive 2009/128/EC of the European Parliament about sustainable use of pesticides and the Royal Decree 1311/2012 that transposes the regulation to the Spanish level. These regulations establish the legal framework that agricultural holdings must adhere to in order to accomplish the general principles of Integrated Pest Management (IPM). The guidelines of IPM give priority to sustainable and eco-friendly pest control techniques, such as biological and physical measures. Nevertheless, the use of pesticides that are selective to natural enemies is sometimes a necessary strategy to implement accurate pest management programs in horticultural protected crops. Therefore, the general objective of this Thesis was to contribute to the improvement of pest management strategies in horticultural crops, by means of the integration of biological, physical and chemical techniques. The first research line of this Thesis was focused on the evaluation of the effects of two aphidophagous predators, Chrysoperla carnea larvae and Adalia bipunctata adults, on the spread of the non-persistently transmitted Cucumber mosaic virus (CMV, Cucumovirus) and the persistently transmitted Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV, Polerovirus), by the aphid vector Aphis gossypii in a cucumber crop under greenhouse conditions. The CMV transmission rate was generally low, both after 1 and 5 days, due to the limited movement of its aphid vector A. gossypii. Infected plants were mainly located around the central virusinfected source plant, and the percentage of aphid occupation and CMV-infected plants did not differ significantly in absence and presence of natural enemies. The distribution patterns of A. gossypii and CMV were only coincident close to the central plant where insects were released. In the CABYV experiments, the presence of C. carnea larvae and A. bipunctata adults induced significant A. gossypii dispersal after 14 days but not after 7 days. The reduction in the initial aphid population established in the central plant was always higher for C. carnea than for A. bipunctata. Nevertheless, CABYV spread was not significantly modified by the presence of each predator either in the short term (7 days) or in the long term (14 days). Furthermore, the percentage of CABYV-infected plants did not significantly differ when each natural enemy was present in any evaluation period. It is important to evaluate the influence that natural enemies have on pest dynamics and on the spread of viral diseases, but it should be also taken into account the possible effect on the performance of natural enemies when they feed on preys that act as vectors of viruses. Thus, in a second research line developed in the Laboratory of Ecotoxicology, Department of Entomology, of the Universidade Federal de Lavras (UFLA) (Brazil), it was evaluated the performance of Chrysoperla externa under the condition of consuming Myzus persicae acting as vector of Potato leafroll virus (PLRV). The diet composed of PLRV-infected M. persicae significantly increased the length and reduced the survival rate, of the larval period in regard to the other two diets, composed of non-infected M. persicae and Ephestia kuehniella eggs. The lengths of the pupal stage were not significantly different between the aphid diets, but both were significantly shorter than that of E. kuehniella eggs. Neither pupal survival nor reproductive parameters revealed significant differences among the diets. Nevertheless, the adult survival curves during the first 30 days after emergence showed significant differences, reaching at the end of this interval a value of 54% for those C. externa adults fed on PLRVinfected aphids during their larval period. According to the IPM guidelines, one of the physical strategies for the control of pests and diseases in horticultural protected crops is the use of plastic films with photoselective properties that act as ultraviolet (UV) radiation blocking barriers. In this sense, the third research line of the Thesis dealt with the study of the direct and plant-mediated influence of low UV radiation conditions on the performance of the aphid A. gossypii and on the biological parameters of the natural enemy C. carnea, as well as on the cucumber plants where insects were released. The experiments were conducted inside cages under greenhouse conditions, using for the first one healthy cucumber plants, while for the second experiment the cucumber plants were previously infected with CABYV in order to assess the influence of the virus in the same conditions. The low UV radiation conditions (under Térmico Antivirus® plastic film) seemed to exert a direct effect in the early stages of cucumber plants, enhancing their growth, and in an increasing nitrogen content at further developmental stages. The higher UV radiation exposure (under Térmico Blanco® plastic film) in the early stages of the cucumber crop induced the thickening of the adaxial epidermal cell walls and the cuticle of leaves. The use of Térmico Antivirus® plastic film as a photoselective barrier to induce low UV radiation conditions did not modify, in regard to Térmico Blanco® plastic film (used as control), neither the population development of A. gossypii nor the studied biological parameters of the predator C. carnea. In the second experiment, done with CABYV-infected cucumber plants, the incidence of the virus seemed to mask the direct and plant-mediated influence of the different UV radiation conditions. In last term, for the development of IPM strategies it is important to study the potential side effects that pesticides might have on natural enemies. For this reason, in the Thesis were tested the toxicity and sublethal effects (fecundity and fertility) of flonicamid, flubendiamide, metaflumizone, spirotetramat, sulfoxaflor and deltamethrin on the natural enemies C. carnea and A. bipunctata. The side effects of the active ingredients of the insecticides were evaluated with residual contact tests for the larvae and adults of these predators under laboratory conditions. Flonicamid, flubendiamide, metaflumizone and spirotetramat were innocuous to last instar larvae and adults of C. carnea and A. bipunctata. Therefore, these pesticides are promising candidates for being incorporated into IPM programs in combination with these natural enemies for the control of particular greenhouse pests. In contrast, sulfoxaflor was slightly toxic to adults of C. carnea and was highly toxic to last instar larvae of A. bipunctata. For A. bipunctata, sulfoxaflor and deltamethrin were the most damaging compounds. Deltamethrin was also the most toxic compound to larvae and adults of C. carnea. In accordance with this fact, the use of sulfoxaflor and deltamethrin in IPM strategies should be taken into consideration when releasing either of these biological control agents, due to the toxic behavior observed under laboratory conditions.

Control of insect vectors and plant viruses in protected crops by novel pyrethroid-treated nets

Long-lasting insecticide-treated nets (LLITNs) constitute a novel alternative that combines physical and chemical tactics to prevent insect access and the spread of insect-transmitted plant viruses in protected enclosures. This approach is based on a slow-release insecticide-treated net with large hole sizes that allow improved ventilation of greenhouses. The efficacy of a wide range of LLITNs was tested under laboratory conditions against Myzus persicae, Aphis gossypii and Bemisia tabaci. Two nets were selected for field tests under a high insect infestation pressure in the presence of plants infected with Cucumber mosaic virus and Cucurbit aphid-borne yellows virus. The efficacy of Aphidius colemani, a parasitoid commonly used for biological control of aphids, was studied in parallel field experiments.

Aplicación de técnicas y procesos innovadores de microsegmentación de la demanda a los servicios públicos urbanos

El objetivo principal del trabajo es demostrar que la utilización y conjunción de técnicas como la micro-segmentación y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) que hacen posible plasmar territorialmente los resultados de los análisis; pueden satisfacer de forma más equitativa y eficiente las necesidades de la demanda ciudadana en materia de equipamientos públicos, ayudando así a minimizar las disparidades entre oferta y demanda. En particular, se intenta demostrar que con la conjunción de las técnicas mencionadas es posible dar solución a la baja capacidad de las administraciones para atender las necesidades de equipamientos públicos, construyendo unos segmentos poblacionales diferenciados socio-espacialmente. Esos segmentos corresponden a unos perfiles o tipologías que clasifican a la población de manera más ajustada a la situación y condiciones actuales, en aspectos no solo sociodemográficos o económicos, sino también psicográficos (estilos de vida, motivaciones, gustos, etc). En ese sentido, se busca la viabilidad y aplicación de la conocida técnica de la micro-segmentación, utilizada con éxito en el análisis de mercados en la empresa pública, ahora en la provisión de equipamientos públicos. Lo anterior implica reconocer e interpretar hasta qué punto las dos tecnologías (microsegmentación y SIG) pueden resolver cuestiones en la implantación de servicios y/o equipamientos públicos, e involucra una reingeniería de los procesos operativos, un cambio de cultura y una modernización en la transferencia de los servicios públicos de las administraciones locales. Para validar las brechas existentes entre las necesidades heterogéneas de la demanda urbana y la provisión de equipamientos colectivos por parte de los organismos públicos; se incorpora una serie modelos, principios y técnicas conocidas y avanzadas, como la localización óptima de equipamientos, con el fin de analizar las capacidades que tienen dichos equipamientos para satisfacer la demanda actual. Por último y para profundizar en la investigación se realiza un contraste de las tipologías ciudadanas con los estilos de vida de la población, que busca incorporar la dimensión consumo en la validación de las brechas entre la demanda y la oferta. Con ello se reconoce la importancia que tiene para el estudio los resultados emanados a partir del producto Mosaic de la empresa Experian y la oportunidad de poder evidenciar, reconocer y complementar los resultados del ejercicio para hacer más fuerte la hipótesis planteada.

Efecto de la infección por virus persistentes y no persistentes sobre el comportamiento alimenticio, la preferencia, tasa de aterrizaje y asentamiento y la eficacia biológica de Aphis gossypii Glover

En el complejo de plagas que atacan a los principales cultivos hortícolas protegidos, destacan principalmente los Hemípteros, y dentro de estos los pulgones, dada su importancia como vectores de virus que provocan considerables daños y pérdidas económicas. Debido a que la dispersión de la mayoría de los virus de plantas puede ser eficaz con densidades bajas de vectores y su control es muy complicado al no existir métodos 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 infección viral (directo-mediado por la presencia del virus en el vector- e indirecto-mediado por las alteraciones físico-químicas que se originan en la planta como consecuencia de la infección viral-) sobre el comportamiento y eficacia biológica del vector Aphis gossypii Glover y sus posibles repercusiones en la epidemiología de virosis de transmisión no persistente (Cucumber mosaic virus, CMV, Cucumovirus) y persistente (Cucurbit aphid-borne yellows virus, CABYV, Polerovirus). El primer objetivo de esta Tesis Doctoral, se centró en el estudio del efecto indirecto del virus de transmisión no persistente CMV sobre el comportamiento alimenticio y la preferencia del pulgón 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 propensión en migrar hacia las plantas no infectadas (60, 120 y 180 minutos después de la liberación) que aquellos que fueron sometidos al tratamiento contrario (planta no infectada hacia planta infectada con CMV). El estudio de preferencia y asentamiento mostró que el vector A. gossypii prefiere asentarse en plantas infectadas con CMV en una etapa temprana de evaluación (30 minutos después de la liberación). Sin embargo, este comportamiento se revirtió en una etapa posterior (4 y 48 horas después de la liberación), donde los pulgones se asentaron más en las plantas no infectadas. A través de la técnica de Gráficos de Penetración Eléctrica (EPG) se observó un efecto indirecto del virus CMV, revelado por un cambio brusco en el comportamiento de prueba del pulgón a lo largo del tiempo, cuando éstos fueron expuestos a las plantas infectadas con CMV. Los primeros 15 minutos de registro EPG mostraron que los pulgones hicieron un número 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 duración de la primera prueba fue más corta y la duración total de las pds por insecto fue mucho más larga en las plantas infectadas con CMV. Se observaron diferencias significativas en el tiempo transcurrido desde el final de la última pd hasta el final de la prueba, siendo ese tiempo más corto para los pulgones que estaban alimentándose 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 salivación – E1 y fase de ingestión del floema – E2). El comportamiento alimenticio observado sobre las plantas infectadas con CMV favorece la adquisición y posterior transmisión de los virus de transmisión no persistente, los cuales son adquiridos e inoculados durante la realización de pruebas intracelulares en las primeras pruebas de corta duración. En el segundo objetivo de la Tesis se evaluó el efecto directo e indirecto del virus de transmisión persistente CABYV en el comportamiento alimenticio y preferencia del pulgón A. gossypii en cultivo de pepino, especie susceptible al virus, y algodón, especie inmune al virus. No se observó un efecto directo del virus relevante en el comportamiento alimenticio del vector, ya que los resultados obtenidos a nivel floemático en plantas de pepino no se observaron en plantas de algodón, inmune al virus CABYV. Esto sugiere que los resultados obtenidos en pepino, pueden deberse a un “posible efecto indirecto” originado por la infección de las plantas susceptibles al virus durante la realización del ensayo, lo que indirectamente puede modificar el comportamiento del pulgón durante la fase de evaluación. Sin embargo, el virus CABYV modificó indirectamente el comportamiento alimenticio de su vector a través de cambios en la planta infectada. Los pulgones tardaron menos tiempo en llegar al floema, realizaron un mayor número de pruebas floemáticas y permanecieron durante más tiempo en actividades floemáticas en plantas infectadas con CABYV. El comportamiento observado sobre las plantas infectadas con CABYV favorece la adquisición de virus persistentes, los cuales son adquiridos durante la alimentación sostenida en floema. El estudio de preferencia y asentamiento de A. gossypii mostró que los pulgones virulíferos prefieren asentarse en plantas no infectadas a corto y largo plazo de evaluación (2, 4 y 48 horas después de la liberación). Los ensayos de despegue y aterrizaje mostraron que los pulgones virulíferos que fueron liberados en las plantas de pepino infectadas con CABYV tuvieron una mayor propensión en migrar hacia las plantas no infectadas (3, 6, 24 y 48 horas después de la liberación) que aquellos que fueron sometidos al tratamiento contrario (planta no infectada hacia planta infectada con CABYV). Sin embargo, los pulgones no virulíferos 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 través de cambios en la planta infectada, favoreciendo su adquisición por su principal vector, A. gossypii. Una vez que los pulgones tienen capacidad de transmitir el virus (virulíferos) se produce un cambio en su comportamiento prefiriendo asentarse sobre plantas no infectadas optimizándose así la dispersión viral. El tercer objetivo de la Tesis, fue evaluar los efectos directos e indirectos del virus CABYV así como los efectos indirectos del virus CMV en la eficacia biológica 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 biológica del vector en plantas de pepino o algodón, no observándose diferencias estadísticas en ninguno de los parámetros poblacionales evaluados (tiempo de desarrollo, tasa intrínseca 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 biología del vector. Así resultó que tanto la tasa intrínseca de crecimiento natural (rm) como la tasa media de crecimiento relativo (RGR) fueron más altas para pulgones crecidos sobre plantas infectadas con CMV que sobre plantas no infectadas, favoreciendo la reproducción 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 así su dispersión entre las plantas. Esos nuevos conocimientos generados tienen implicaciones importantes en la transmisión, dispersión y en la epidemiología de los virus y deben ser considerados para diseñar o ajustar los modelos de simulación existentes y patrones de dispersión 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.

Lignin monomer composition is determined by the expression of a cytochrome P450-dependent monooxygenase in Arabidopsis

The phenylpropanoid pathway provides precursors for the biosynthesis of soluble secondary metabolites and lignin in plants. Ferulate-5-hydroxylase (F5H) catalyzes an irreversible hydroxylation step in this pathway that diverts ferulic acid away from guaiacyl lignin biosynthesis and toward sinapic acid and syringyl lignin. This fact led us to postulate that F5H was a potential regulatory step in the determination of lignin monomer composition. To test this hypothesis, we have used Arabidopsis to examine the impact of F5H overexpression. Arabidopsis is a useful model system in which to study lignification because in wild-type plants, guaiacyl and syringyl lignins are deposited in a tissue-specific fashion, while the F5H-deficient fah1 mutant accumulates only guaiacyl lignin. Here we show that ectopic overexpression of F5H in Arabidopsis abolishes tissue-specific lignin monomer accumulation. Surprisingly, overexpression of F5H under the control of the lignification-associated cinnamate-4-hydroxylase promoter, but not the commonly employed cauliflower mosaic virus 35S promoter, generates a lignin that is almost entirely comprised of syringylpropane units. These experiments demonstrate that modification of F5H expression may enable engineering of lignin monomer composition in agronomically important plant species.

Mitochondrial localization of a NADR-dependent isocitrate dehydrogenase isoenzyme by using the green fluorescent protein as a marker

In this work, we describe the isolation of a new cDNA encoding an NADP-dependent isocitrate dehydrogenase (ICDH). The nucleotide sequence in its 5′ region gives a deduced amino acid sequence indicative of a targeting peptide. However, even if this cDNA clearly encodes a noncytosolic ICDH, it is not possible to say from the targeting peptide sequence to which subcellular compartment the protein is addressed. To respond to this question, we have transformed tobacco plants with a construct containing the entire targeting signal-encoding sequence in front of a modified green fluorescent protein (GFP) gene. This construct was placed under the control of the cauliflower mosaic virus 35S promoter, and transgenic tobacco plants were regenerated. At the same time, and as a control, we also have transformed tobacco plants with the same construct but lacking the nucleotide sequence corresponding to the ICDH-targeting peptide, in which the GFP is retained in the cytoplasm. By optical and confocal microscopy of leaf epiderm and Western blot analyses, we show that the putative-targeting sequence encoded by the cDNA addresses the GFP exclusively into the mitochondria of plant cells. Therefore, we conclude that this cDNA encodes a mitochondrial ICDH.

NMR characterization of lignins in Arabidopsis altered in the activity of ferulate 5-hydroxylase

Nuclear magnetic resonance (NMR) of isolated lignins from an Arabidopsis mutant deficient in ferulate 5-hydroxylase (F5H) and transgenic plants derived from the mutant by overexpressing the F5H gene has provided detailed insight into the compositional and structural differences between these lignins. Wild-type Arabidopsis has a guaiacyl-rich, syringyl-guaiacyl lignin typical of other dicots, with prominent β-aryl ether (β–O–4), phenylcoumaran (β–5), resinol (β–β), biphenyl/dibenzodioxocin (5–5), and cinnamyl alcohol end-group structures. The lignin isolated from the F5H-deficient fah1–2 mutant contained only traces of syringyl units and consequently enhanced phenylcoumaran and dibenzodioxocin levels. In fah1–2 transgenics in which the F5H gene was overexpressed under the control of the cauliflower mosaic virus 35S promoter, a guaiacyl-rich, syringyl/guaiacyl lignin similar to the wild type was produced. In contrast, the isolated lignin from the fah1–2 transgenics in which F5H expression was driven by the cinnamate 4-hydroxylase promoter was almost entirely syringyl in nature. This simple lignin contained predominantly β-aryl ether units, mainly with erythro-stereochemistry, with some resinol structures. No phenylcoumaran or dibenzodioxocin structures (which require guaiacyl units) were detectable. The overexpression of syringyl units in this transgenic resulted in a lignin with a higher syringyl content than that in any other plant we have seen reported.

Sequence-specific recognition of a subgenomic RNA promoter by a viral RNA polymerase

RNA templates of 33 nucleotides containing the brome mosaic virus (BMV) core subgenomic promoter were used to determine the promoter elements recognized by the BMV RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) to initiate RNA synthesis. Nucleotides at positions −17, −14, −13, and −11 relative to the subgenomic initiation site must be maintained for interaction with the RdRp. Changes to every other nucleotide at these four positions allow predictions for the base-specific functional groups required for RdRp recognition. RdRp contact of the nucleotide at position −17 was suggested with a template competition assay. Comparison of the BMV subgenomic promoter to those from other plant and animal alphaviruses shows a remarkable degree of conservation of the nucleotides required for BMV subgenomic RNA synthesis. We show that the RdRp of the plant-infecting BMV is capable of accurately, albeit inefficiently, initiating RNA synthesis from the subgenomic promoter of the animal-infecting Semliki Forest virus. The sequence-specific recognition of RNA by the BMV RdRp is analogous to the recognition of DNA promoters by DNA-dependent RNA polymerases.

Chrysanthemum chlorotic mottle viroid: Unusual structural properties of a subgroup of self-cleaving viroids with hammerhead ribozymes

The causal agent of chrysanthemum chlorotic mottle (CChM) disease has been identified, cloned, and sequenced. It is a viroid RNA (CChMVd) of 398–399 nucleotides. In vitro transcripts with the complete CChMVd sequence were infectious and induced the typical symptoms of the CChM disease. CChMVd can form hammerhead structures in both polarity strands. Plus and minus monomeric CChMVd RNAs self-cleaved during in vitro transcription and after purification as predicted by these structures, which are stable and most probably act as single hammerhead structures as in peach latent mosaic viroid (PLMVd), but not in avocado sunblotch viroid (ASBVd). Moreover, the plus CChMVd hammerhead structure also appears to be active in vivo, because the 5′ terminus of the linear plus CChMVd RNA isolated from infected tissue is that predicted by the corresponding hammerhead ribozyme. Both hammerhead structures of CChMVd display some peculiarities: the plus self-cleaving domain has an unpaired A after the conserved A9 residue, and the minus one has an unusually long helix II. The most stable secondary structure predicted for CChMVd is a branched conformation that does not fulfill the rod-like or quasi-rod-like model proposed for the in vitro structure of most viroids with the exception of PLMVd, whose proposed secondary structure of lowest free energy also is branched. The unusual conformation of CChMVd and PLMVd is supported by their insolubility in 2 M LiCl, in contrast to ASBVd and a series of representative non-self-cleaving viroids that are soluble under the same high salt conditions. These results support the classification of self-cleaving viroids into two subgroups, one formed by ASBVd and the other one by PLMVd and CChMVd.

Ape-like or hominid-like? The positional behavior of Oreopithecus bambolii reconsidered

Comparative morphological and functional analyses of the skeletal remains of Oreopithecus bambolii, a hominoid from the Miocene Mediterranean island of Tuscany–Sardinia (Italy), provides evidence that bipedal activities made up a significant part of the positional behavior of this primate. The mosaic pattern of its postcranial morphology is to some degree convergent with that of Australopithecus and functionally intermediate between apes and early hominids. Some unique traits could have been selected only under insular conditions where the absence of predators and the limitation of trophic resources play a crucial role in mammalian evolution.

Horizontal gene transfer and mutation: Ngrol genes in the genome of Nicotiana glauca

Ngrol genes (NgrolB, NgrolC, NgORF13, and NgORF14) that are similar in sequence to genes in the left transferred DNA (TL-DNA) of Agrobacterium rhizogenes have been found in the genome of untransformed plants of Nicotiana glauca. It has been suggested that a bacterial infection resulted in transformation of Ngrol genes early in the evolution of the genus Nicotiana. Although the corresponding four rol genes in TL-DNA provoked hairy-root syndrome in plants, present-day N. glauca and plants transformed with Ngrol genes did not exhibit this phenotype. Sequenced complementation analysis revealed that the NgrolB gene did not induce adventitious roots because it contained two point mutations. Single-base site-directed mutagenesis at these two positions restored the capacity for root induction to the NgrolB gene. When the NgrolB, with these two base substitutions, was positioned under the control of the cauliflower mosaic virus 35S promoter (P35S), transgenic tobacco plants exhibited morphological abnormalities that were not observed in P35s-RirolB plants. In contrast, the activity of the NgrolC gene may have been conserved after an ancient infection by bacteria. Discussed is the effect of the horizontal gene transfer of the Ngrol genes and mutations in the NgrolB gene on the phenotype of ancient plants during the evolution of N. glauca.

RNA-controlled polymorphism in the in vivo assembly of 180-subunit and 120-subunit virions from a single capsid protein

Repeated, specific interactions between capsid protein (CP) subunits direct virus capsid assembly and exemplify regulated protein–protein interactions. The results presented here reveal a striking in vivo switch in CP assembly. Using cryoelectron microscopy, three-dimensional image reconstruction, and molecular modeling, we show that brome mosaic virus (BMV) CP can assemble in vivo two remarkably distinct capsids that selectively package BMV-derived RNAs in the absence of BMV RNA replication: a 180-subunit capsid indistinguishable from virions produced in natural infections and a previously unobserved BMV capsid type with 120 subunits arranged as 60 CP dimers. Each such dimer contains two CPs in distinct, nonequivalent environments, in contrast to the quasi-equivalent CP environments throughout the 180-subunit capsid. This 120-subunit capsid utilizes most of the CP interactions of the 180-subunit capsid plus nonequivalent CP–CP interactions. Thus, the CP of BMV, and perhaps other viruses, can encode CP–CP interactions that are not apparent from mature virions and may function in assembly or disassembly. Shared structural features suggest that the 120- and 180-subunit capsids share assembly steps and that a common pentamer of CP dimers may be an important assembly intermediate. The ability of a single CP to switch between distinct capsids by means of alternate interactions also implies reduced evolutionary barriers between different capsid structures. The in vivo switch between alternate BMV capsids is controlled by the RNA packaged: a natural BMV genomic RNA was packaged in 180-subunit capsids, whereas an engineered mRNA containing only the BMV CP gene was packaged in 120-subunit capsids. RNA features can thus direct the assembly of a ribonucleoprotein complex between alternate structural pathways.

Patches of synchronized activity in the cerebellar cortex evoked by mossy-fiber stimulation: Questioning the role of parallel fibers

The discrepancy between the structural longitudinal organization of the parallel-fiber system in the cerebellar cortex and the functional mosaic-like organization of the cortex has provoked controversial theories about the flow of information in the cerebellum. We address this issue by characterizing the spatiotemporal organization of neuronal activity in the cerebellar cortex by using optical imaging of voltage-sensitive dyes in isolated guinea-pig cerebellum. Parallel-fiber stimulation evoked a narrow beam of activity, which propagated along the parallel fibers. Stimulation of the mossy fibers elicited a circular, nonpropagating patch of synchronized activity. These results strongly support the hypothesis that a beam of parallel fibers, activated by a focal group of granule cells, fails to activate the Purkinje cells along most of its length. It is thus the ascending axon of the granule cell, and not its parallel branches, that activates and defines the basic functional modules of the cerebellar cortex.