Semipersistently Transmitted, Phloem Limited Plant Viruses Are Inoculated during the First Subphase of Intracellular Stylet Penetrations in Phloem Cells

The green peach aphid Myzus persicae Sulzer is the main vector of the semipersistently transmitted and phloem-limited Beet yellows virus (BYV, Closterovirus). Studies monitoring the M. persicae probing behavior by using the Electrical penetration graphs (EPG) technique revealed that inoculation of BYV occurs during unique brief intracellular punctures (phloem-pds) produced in companion and/or sieve element cells. Intracellular stylet punctures (or pds) are subdivided in three subphases (II-1, II-2 and II-3), which have been related to the delivery or uptake of non-phloem limited viruses transmitted in a non-persistent or semipersistent manner. As opposed to non-phloem limited viruses, the specific pd subphase(s) involved in the successful delivery of phloem limited viruses by aphids remain unknown. Therefore, we monitored the feeding process of BYV-carrying M. persicae individuals in sugar beet plants by the EPG technique and the feeding process was artificially terminated at each phloem-pd subphase. Results revealed that aphids that only performed the subphase II-1 of the phloem-pd transmitted BYV at similar efficiency than those allowed to perform subphase II-2 or the complete phloem-pd. This result suggests that BYV inoculation occurs during the first subphase of the phloem-pd. The specific transmission mechanisms involved in BYV delivery in phloem cells are discussed.

Viröse Vergilbung in Zuckerrübe – Biologie und Befallsrisiko

Seit der Entdeckung, dass Zucker aus dem Wurzelkörper von Rüben extrahiert werden kann, ist die Zuckerrübe bis heute zur wichtigsten Zuckerpflanze der gemäßigten Breiten geworden. Die Zuckererträge werden jedoch erheblich durch Krankheiten und Schädlinge beeinflusst. Zu den wirtschaftlich relevantesten Erkrankungen zählen u. a. Viruserkrankungen, die über Bodenorganismen und sehr häufig auch von an den Blättern saugenden Insekten, wie Blattläusen und Zikaden, auf die Pflanzen übertragen werden. Die viröse Vergilbung, verursacht durch einen Komplex aus unterschiedlichen Virusspezies, wird hauptsächlich durch die Blattlausart Myzus persicae übertragen und kann zu Ertragsverlusten bis zu 50 % führen. In Deutschland treten das Beet yellows virus (BYV), das Beet mild yellowing virus (BMYV), das Beet chlorosis virus (BChV) vermehrt und das Beet mosaic virus (BtMV) seltener auf. Das Beet western yellows virus (BWYV) konnte bisher nur in den USA und Asien nachgewiesen werden. Die Symptome sind sehr variabel. Es können sich Chlorosen, Nekrosen und im Falle des BtMV mosaikartige Aufhellungen an den älteren Blättern ausprägen. Die Schwere des Befalls im Bestand unterliegt natürlichen Schwankungen der Blattlauspopulationen und hängt zudem mit dem Infektionszeitpunkt sowie klimatischen Bedingungen, vor allem in den Wintermonaten, zusammen. So bricht die Erkrankung zunächst nesterweise aus, bis sie sich im gesamten Bestand ausbreitet. Bisher ist in der Gattung Beta keine vollständige Resistenz gegenüber Vertretern des Vergilbungsvirus-Komplexes bekannt. Resistente Sorten sind also bisher nicht verfügbar. Die Vergilbungsviren konnten viele Jahre mithilfe von Saatgutbeizmitteln aus der Wirkstoffgruppe der Neonicotinoide zur Bekämpfung von Virusvektoren sehr gut kontrolliert werden. Für diese gibt es seit 2019 nun ein Einsatzverbot in Deutschland. Die einseitige Nutzung der verbliebenen Insektizide erhöht jedoch den Selektionsdruck auf die Blattlauspopulationen und wird zukünftig vermehrt zu Resistenzproblemen führen. Eine dauerhafte Kontrolle der Virusvektoren und indirekt der Virusspezies ist daher nur über Resistenzzüchtung möglich, die durch die veränderten Rahmenbedingungen bezüglich des Pflanzenschutzmittel-einsatzes im Zuckerrübenanbau zeitnah und mit entsprechender Intensivität durchgeführt werden muss.

Newly Distinguished Cell Punctures Associated with Transmission of the Semipersistent Phloem-LimitedBeet Yellows Virus

ABSTRACTHere we report on plant penetration activities (probing) by the aphidMyzus persicae(Sulzer, 1776) in association with the transmission, acquisition, and inoculation of the semipersistentBeet yellows virus(BYV;Closterovirus) in sugar beet. During electrical penetration graph (EPG) recording of stylet pathways, standard intracellular stylet punctures occur which are called potential drop (pd) waveforms. In addition to the standard pd, there also appeared to be a unique type of intracellular stylet puncture that always preceded the phloem salivation phase (waveform E1). This type of pd, the phloem-pd, showed properties distinct from those of the standard pds and has never been described before. We manually ended EPG recordings during the acquisition and inoculation tests by removing aphids from the source or test plant after specific waveforms were recorded. Inoculation of BYV occurred at the highest rate when probing was interrupted just after a single or various phloem-pds. In contrast, BYV acquisition showed an intimate association with sustained phloem sap ingestion from phloem sieve elements (SEs) (E2 waveform). Our work shows for the first time that the inoculation of a phloem-limited virus occurs during specific intracellular stylet punctures and before phloem salivation (waveform E1). Further studies are needed to establish in what cells this novel phloem-pd occurs: phloem parenchyma, companion, or SE cells. The role of the different stylet activities in the acquisition and inoculation of BYV byM. persicaeis discussed.IMPORTANCEWe discovered the specific feeding activities ofMyzus persicae(Sulzer, 1776) associated with the transmission ofBeet yellows virus(BYV;Closterovirus). Our work strongly suggests that aphids can insert their stylets into the membranes of phloem cells—visualized as a unique type of waveform that is associated with the inoculation of BYV. This intracellular puncture (3 to 5 s) occurs just before the phloem salivation phase and can be distinguished from other nonvascular stylet cell punctures. This is the first time that the transmission of a phloem-limited semipersistent virus has been shown to be associated with a unique type of intracellular puncture. Our work offers novel information and strongly contributes to the existing literature on the transmission of plant viruses. Here we describe a new kind of aphid behavioral pattern that could be key in further works, such as studying the transmission of other phloem-limited viruses (e.g., luteoviruses).