Mémoire

Relationships between plant Viruses and their Aphid and Leafhopper vectors

State Agricultural University, Laboratory of Virology, Binnenhaven 11, Wageningen, Pays-Bas.

Abstract

The behaviour of viruses in aphids and leafhoppers will be discussed. Usually three types of virus transmission are distinguished. They are : stylet-borne, circulative and propagative.

The first group is only transmitted by aphids. These viruses are acquired and transmitted within a period of seconds or minutes. The essence of this type of transmission seems to be an adherence of the virus to the surface of the stylets and its elution in the subsequent feeding probe.

Other plant viruses are acquired by aphids and leafhop- pers through their mouthparts, accumulate internally, then pass through the insect tissues, whereafter they are introduced into plants again via the mouthparts of the vector. This process requires a period of about a day for circulative and a week or more for propagative viruses.

Multiplication of certain viruses, e. g. wound tumor virus, rice dwarf virus, potato yellow dwarf, in their leafhoppers has been known for several years. Unequivocal evidence for the multiplication of sowthistle yellow vein virus, an aphid borne virus, has been given recently.

Association of rice dwarf virus and wound tumor virus with tissues of their vectors has been demonstrated by electron microscopy.

This could also be demonstrated with immunofluorescence techniques for wound tumor virus.

The initial site of multiplication of wound tumor virus seems to be the intestinal tract. Infection of the intestine took place 4 days after acquisition, whereas other tissues showed positive reactions 11 days after acquisition.

Wound tumor virus and potato yellow dwarf are successfully inoculated to cell cultures of the leafhopper Agallia constricta. Primary cultures of the aphid Hyperomyzus lactucae were successful inoculated with sowthistle yellow vein virus.

The characteristics of transmission of propagative viruses are :

• 1)

  a long incubation period (1-2 weeks),

• 2)

  an increase of the virus content during the incubation period,

• 3)

  the frequence of transmission is independert on or not proportional to the length of the acquisition period.

The characteristics of transmission of circulative viruses are :

• 1)

  an incubation period of about a day,

• 2)

  a decrease of the virus content after acquisition of the virus,

• 3)

  the maximum inoculation efficiency will be reached shortly after acquisition,

• 4)

  repeated acquisition feeding affect the transmission positively.

There is strong evidence for one of the viruses (potato leafroll virus), which has a transmission characteristic of circulative viruses that it multiplies in its vector. Transmission experiments in which other circulative viruses were subjected to serial passage, were unsuccessfull. Therefore, its seems necessary that the multiplication of potato leafroll virus has to be confirmed by additional evidence.

The hypothesis is launched that multiplication of propagative viruses in their vector is a prerequisite for their transmission whereas a possible multiplication of circulative viruses vectors is not or only of minor importance for their transmission.

Résumé

Le comportement des virus chez les pucerons et les cicadelles sera discuté. En général, on distingue trois types de transmissions virales. Ce sont : virus adhérant au stylet, virus circulant dans l’insecte et virus s’y multipliant.

Le premier type de transmission est effectué seulement par les pucerons. Ces virus sont acquis et transmis en quelques secondes ou minutes. L’essence de ce type de transmission semble être une adhérence du virus à la surface des stylets, puis son élution dans la ponction nutritive suivante.

Les autres virus de plantes peuvent être acquis par les pucerons et les cicadelles par les pièces buccales, accumulés dans l’organisme puis passés dans les tissus de l’insecte et introduits de nouveau dans les plantes par les pièces buccales de l’insecte. Ce mode de transmission demande un délai d’environ un jour (virus circulant) ou d’une semaine ou plus (virus se multipliant dans l’insecte).

La multiplication de certains virus, par exemple le virus de la tumeur de blessure, le virus du rabougrissement du riz, du nanisme jaune de la pomme de terre, chez leurs hôtes cicadelles, est connu depuis de nombreuses années. Récemment, il a été mis en évidence de façon certaine, la multiplication du virus des nervures jaunes du laiteron, un virus porté par les pucerons.

L’association du virus du rabougrissement du riz et du virus de la tumeur de blessure avec les tissus de leurs vecteurs est mise en évidence au microscope électronique. Ceci pourrait être mis aussi en évidence par les techniques d’immunofluorescence pour le virus de la tumeur de blessure.

Le lieu initial de la multiplication du virus de la tumeur de blessure semble être le conduit intestinal. L’infection de l’intestin a lieu 4 jours après la contamination, tandis que les autres tissus ne sont atteints que 11 jours après.

Les virus de la tumeur de blessure et du nanisme jaune de la pomme de terre sont inoculés avec succès aux cultures de cellules de la cicadelle Agallia constricta. Des cultures primaires de puceron Hyperomyzus lactucae sont inoculées avec succès avec le virus des nervures jaunes du laiteron.

La transmission des virus se multipliant dans l’insecte est caractérisée par :

• 1)

  une longue période d’incubation (une à deux semaines),

• 2)

  une augmentation du rendement en virus pendant la période d’incubation,

• 3)

  la fréquence de transmission indépendante et non proportionnelle à la longueur de la période d’acquisition.

La transmission des virus simplement circulant est caractérisée par :

• 1)

  la période d’incubation est de moins de un jour,

• 2)

  une diminution du rendement viral après l’acquisition du virus,

• 3)

  le meilleur moment pour la transmission est très proche de l’acquisition,

• 4)

  l’acquisition répétée de nourriture favorise la transmission.

Il semble que l’un des virus (celui de l’enroulement de la pomme de terre) qui a une traansmission caractéristique « des virus circulants », se multiplie, en fait, dans son vecteur. Des passages en séries avec d’autres virus « circulants » donnent des résultats négatifs. Il semble donc nécessaire que la multiplication du virus de l’enroulement de la pomme de terre soit confirmée par de nouveaux faits.

Comme nous en discuterons plus loin, la réplication, chez les vecteurs, des virus « qui se multiplient » est un facteur important alors qu’il n’en est rien, si elle existe, pour les virus « qui circulent ».