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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10761/297

Issue Date: 5-May-2011
Authors: Yahiaoui, Dorsaf
Title: Assessment of genetic diversity of Mediterranean Citrus Tristeza Virus (CTV) isolates and genomic RNA variability associated to their vector transmission
Abstract: Citrus tristeza virus (CTV), is the causal agent of devastating epidemics that changed the course of citrus industry worldwide. To date, global CTV infection caused the loss of almost 100 million trees, of which 40 millions were from countries of the Mediterranean basin, where potential risks for further serious devastations are foreseen, since the CTV-sensitive sour orange is still the major rootstock adopted over large extends. CTV is adapted to replicate in the phloem cells of Citrus spp., where latent infections are quiet common and may last symptomless for a long time. Meanwhile, dramatic losses have been readily induced by the interaction of severe CTV variants with different scion-rootstock combinations, enabling to discriminate between three distinct syndromes known as quick decline, stem pitting and seedling yellows. Furthermore, CTV is a stylet-borne virus adopted to be transmitted in nature by several aphid species in a semi-persistent manner. The most efficient vector Toxoptera citricidus (Kirkaldy) became recently established in northern Spain and Portugal, which raised the risk for the rapid spread of severe CTV isolates, representing a serious threat to the Mediterranean citrus industry. Moreover, Aphis gossypii (Glover) is a pandemic aphids species that has been reported to be the origin of major CTV epidemics in the Mediterranean basin. Additionally, minor CTV vectors including A. spiraecola (Pagenstecher) and Toxoptera. aurantii (Boyer de Fonscolombe) are prevalent and their extensive populations may have a significant impact in the local virus spread. CTV populations can occur as a mixture of genotypes, which have been reported to be separated by aphid transmission bottlenecks and/or graft propagation, but the mechanism involved during these changes is still largely unknown. The main aim of present research was to conduct a molecular characterization and to evaluate the genetic diversity of the CTV populations within the Mediterranean basin. Furthermore, the experimental vector-transmissibility of some isolates by local aphid biotypes has been evaluated and studies on eventual genomic variations after aphid passage have also been investigated. To reach the above mentioned goals, a total number of 75 CTV sources originated from 15 Mediterranean countries (Albania, Algeria, China, Croatia, Cyprus, Egypt, Italy, Iran, Lebanon, Montenegro, Morocco, Palestine, Portugal, Syria and Trinidad), maintained within CTV collection of the Mediterranean Agronomic Institute of Bari (MAI-B, Italy), have been assigned a genotype profile according to their specific signals using a set of linked molecular markers. Within each exhibited genotype profile, CTV-CP gene targets have been amplified from a representative isolate and subjected to partial genome sequence analysis. In order to evaluate the vector transmission kinetics of CTV within the Mediterranean area, a number of CTV isolates showing diversified genomic traits and pathogenecity have been subjected to experimental transmission trials using the most prevailing local aphid biotypes, including A. gossypii (Glover), A. spiraecola and T. aurantii. Further serological and molecular assays flanking multiple genomic regions have been applied to the aphid-derived sub-isolates, in order to assess eventual alterations in the parental virus populations by aphid passage. The 5à ¢ terminal ORF typing and the phyllogenetic relationship of CTV-CPg analysis of CTV isolates, highlightes the high genetic diversity of the Mediterranean CTV populations between and within countries, and evidences the predominant occurrence of CTV isolates as a mixture of genomic variants. The major outcome of this research is that T30 mild strain genotype (Florida) is a stable viral component on the studied area, while, severe VT (Israel) and T36 (Florida) genotypes appeared as relevant variants in the Middle East and East Adriatic regions, respectively. Nevertheless, some p25 haplotype populations clustered close to standard isolates associated with high pathogenic potential, such as T3 (Florida) and SY568 (New Zealand). Vector transmission experiments of the studied isolates showed diverse transmission efficiencies of and evidenced a great spread potential of either mild or severe seedling yellows -A. gossypii combinations. Conversely, the T36-like isolate (MAIB_Q3). was poorly transmissible. In correlation with the consistent prevalence of A. gossypii species on citrus plantings, these findings reflect the high involvement of the citrus entomofauna in the rapid spread and the major outbreaks of tristeza in the Mediterranean area. Within the aphid-generated CTV sub-isolates, minor nucleotide mutations occurred on p18, p20 and p23 genomic regions, but also over the highly conserved CPg sequence, exhibiting new haplotypes. When translated to amino-acid sequences, specific variations on the p23 and p25 regions resulted in slight protein divergences, which in some instances may be accompanied by changes in the pathogenic behaviour of the parental isolate.
Il Virus della Tristeza (CTV) e' agente causale di devastanti epidemie che hanno cambiato l'andamento della produzione agrumicola di tutto il mondo. Ad oggi le infezioni da CTV hanno causato la perdita di circa 100 milioni di alberi, di cui 40 milioni in Paesi nel Bacino del Mediterraneo, ancora a rischio di ulteriori gravi devastazioni, poiche' il portainnesto maggiormente usato in queste aree rimane l'arancio amaro, molto sensibile a CTV. CTV si e' adattato a replicarsi nelle cellule floematiche delle specie di Citrus, dove le infezioni latenti sono molto comuni e possono restare asintomatiche per molto tempo. Sono state provocate grosse perdite indotte dall'interazione fra varianti di CTV molto aggressive su diverse combinazioni nesto-portainnesto, causando diverse sindromi note come quick decline (morte repentina), stem pitting (butteratura del fusto) e seedling yellows (ingiallimento dei semenzali). CTV e' un virus dalla forma a stiletto che si e' adattato ad essere trasmesso in natura da diverse specie di afidi in modo semi-persistente. Il vettore piu' efficiente e' la Toxoptera citricidus (Kirkaldy) (recentemente stabilitasi nelle zone settentrionali di Spagna e Portogallo), che ha innalzato il rischio per la rapida diffusione di diversi isolati di CTV, che rappresentano una grave minaccia per la produzione agrumicola mediterranea. Una specie di afide pandemico, ritenuto all'origine delle principali epidemie di CTV nel bacino del Mediterraneo e' l'Aphis gossypii (Glover); altri vettori ritenuti minori ma comuni sono l'A. spiraecola (Pagenstecher) e la T. aurantii (Boyer de Fonscolombe), le cui ampie popolazioni possono avere un impatto significativo nella diffusione locale del virus. Gli isolati di CTV possono contenere un misto di genotipi, che, come riportato dalla letteratura, si sono separati a seguito della trasmissione tramite afidi e/o propagazione attraverso innesto, ma il meccanismo di questi cambiamenti e' ancora sconosciuto. Scopo principale della presente ricerca e' stata la caratterizzazione molecolare e valutazione della diversita' genetica della popolazione CTV all'interno del Bacino del Mediterraneo. E' stata inoltre valutata la trasmissibilita' sperimentale tramite vettori di alcuni isolati tramite biotipi locali di afidi e sono stati anche studiate eventuali variazioni genomiche dopo il passaggio degli afidi. Per raggiungere gli obiettivi di cui sopra e' stato assegnato un profilo genotipico (secondo lâ analisi dei marcatori molecolari), ad un numero totale di 75 isolati di CTV provenienti da 15 Paesi Mediterranei (Albania, Algeria, Cina, Croazia, Cipro, Egitto, Italia, Iran, Libano, Montenegro, Marocco, Palestina, Portogallo, Siria e Trinidad conservati nella collezione CTV dell'Istituto Agronomico Mediterraneo di IAM-Bari, Italia). All'interno di ogni profilo genotipico il gene CP e' stato amplificato da un isolato rappresentativo e sottoposto all'analisi parziale della sequenza del genoma. Un certo numero di isolati di CTV rappresentativi di diversi tipi di genomi e grado di virulenza, e' stato sottoposto a prove sperimentali di trasmissione, utilizzando i biotipi di afidi locali prevalenti, tra cui A. gossypii (Glover), A. spiraecola and T. aurantii, in modo da valutare la cinetica della trasmissione tramite vettori nell'area mediterranea. Ulteriori saggi sierologici e molecolari su altre regioni del genoma, sono stati effettuati sui sub-isolati derivati dagli afidi, in modo da valutare eventuali alterazioni nella popolazione parentale del virus col passaggio degli afidi. Dallo studio della parte terminale del genoma e dall'analisi filogenetica del gene CPg degli isolati CTV, e' stata evidenziata una elevata diversita' genetica nella popolazione CTV mediterranea, tra e all'interno dei Paesi e mette in risalto il fatto predominante di avere isolati CTV composti da piu' varianti genomiche. Il piu' importante risultato di questa ricerca e' che il genotipo del ceppo blando T30, e i virulenti VT (Israele) e T36 (Florida) sono comparsi come varianti rilevanti rispettivamente in Medio Oriente e nelle regioni orientali dell'Adriatico. Tuttavia alcune popolazioni aplotipiche di p25 si sono raggruppate vicino agli isolati standard T3 (Florida) e SY568. Gli esperimenti di trasmissione attraverso vettori hanno mostrato un diverso grado di efficienza nella trasmissione degli isolati e dimostrato che esiste un grande potenziale di diffusione sia degli isolati blandi che di quelli aggressivi in combinazione con lâ A. gossypii. Al contrario l'isolato T36 (MAIB_Q3) e' stato scarsamente trasmesso. In relazione alla prevalenza di A. gossypii su impianti di agrumi, questi risultati riflettono l'alta importanza dell'entomofauna agrumicola nella diffusione rapida e nelle principali epidemie di Tristeza nell' Area mediterranea. All'interno del sub-isolato CTV generato dall'afide si sono verificate mutazioni nucleotidiche minori sulle regioni genomiche di p18, p20 e p23 ma anche sul gene Cpg dando luogo a nuovi aplotipi. Le putative sequenze aminoacidiche mostravano variazioni specifiche sulle regioni p23 and p25 dando luogo a cambiamenti nel comportamento patogenetico degli isolati parentali.
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