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ETH Library. Doctoral Thesis. Author(s): Drolet, Jacques. Publication date: Permanent link:

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Texte intégral

(1)

ETH Library

The nuclear and the cytoplasmic granulosis viruses of Adoxophyes orana F.v.R. (Lep., Tortricidae)

separation, biochemical characterization, pathogenesis and infectivity

Doctoral Thesis Author(s):

Drolet, Jacques Publication date:

1989

Permanent link:

https://doi.org/10.3929/ethz-a-000510338 Rights / license:

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(2)

Diss. ETH No. 8899

The nuclear and the cytoplasmic granulosis viruses of Adoxophyes

orana

F.v.R. (Lep., Tortricidae): Separation,

bioehemical characterization, pathogenesis and infectivity

Dissertation submitted to the

SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZÜRICH

for the

degree

of

Doctor of Natural Sciences

presented by Jacques

Drolet

M.Sc. Universite

Laval,

Quebec born

July 3,1956

Citizen ofCanada

accepted

on the recommendation of Prof. Dr. G.

Benz,

examiner Prof. Dr. P.

Lüthy,

co-examiner

1989

CatE

(3)

49

Summary

The electron

microscopical

studies of Schmid etal.

(1983)

indicated that the

granulosis

of

Adoxophyes

orana

F.v.R.,

found in the Valais

(Switzer¬

land),

followed two different

paths

indifferentfat

body

cells:

(i)

the

classic form of

granulosis

virus

development

where the

synthesis

of the

virus occurs in the nucleus and later in the "nuclearfield"

(nuclear type) (Wäger

and

Benz, 1971)

and

(ii)

an

atypical

form where the nucleus does not show any transformation and the

virogenesis

occurs in the

cytoplasm

(cytoplasmic type) (Benz, 1979). By infecting

Ist instar larvaewith the contentsof individual fat

body

cells of infected 5th instar

larvae,

two

types

of virus have been

separated.

The

Separation

was stable forat leastthree

generations.

The

pathogenesis

wasfollowed atthe tissue Ievel with

phase-contrast microscopy.

The method enables the Observation of a

relatively high

number of cells which is essential to

study

the

dynamics

of

the infection in the cell

population

at thetissue Ievel.

Thecharacterization of thetwo

types

was made with

SDS-polyacrilamide gel electrophoresis

and restriction endonuclease

analysis.

The

banding

of

the

proteins

showed adifference in 5

major proteins

between thetwo

types

of virus

(SDS-PAGE).

Thisdifferencewas notfound atthe DNA Ievel when studied with restriction endonuclease

analysis.

Some

hypotheses

are

proposed

to

explain

this

discrepancy.

The rates ofvirus

production

in the fat

body

were 2.6 and 1.9 for the

cytoplasmic

and the nuclear

type respectively

when the infection wasdone with the natural mixture of thetwo

types,

i.e. the

proportion

found in dead

larvae infected with thetwo

types. However,

the rates ofvirus

production

(4)

foreach virus

type

was inferiorto thesevalues when the infection was

done with an artificial mixture of the two

types (cytoplasmic

: nuclear= 1 :

1).

This shows the

importance

of the

proportion

of each virus

type

in the

Suspension

used for

infecting

the larvae and the

advantage,

atleastatthe

tissue

Ievel,

ofthe ratio of thetwo virus

types

found in the natural mixture.

The effect of the

temperature

on the

development

of the infectionwas

different foreach

type: high temperatures

reduce the rate of

development

of

the nuclear

type

while low

temperatures

have the same effecton the

cytoplasmic type.

Infection with

high

concentrations

(10.8

in

log10)

gave a lower

proportion

of infected fat

body

cells atthe end of the larval

development

than

infection with lower

(6.8

in

log-jg)

concentrations. This may indicate a

negative

effect of

high

virus doses on the virus

yield

per larva.

Bioassays

weremade tocompare the

infectivity

of thetwo

types

of virus at different

temperatures.

In orderto diminish the

variability

of the

virus-host

system,

the

following

factorswere standardized: the

storage time,

the time ofextraction of the virus after

infection,

theestimation of the virus

concentration,

and the volume

ingested

per larva. The natural

mixture had a

LC50

of 3.03 x

107

GV/ml at25°C.

Compared

to this

value,

the

cytoplasmic type

of virus has

only

0.63 times this

potency

and the nuclear

type

0.54times

(%2

«

7.0,

a ¦

0.05).

The

persistence

ofthe mixture in the natural

population

can therefore be

explained.

The effect ofthe

temperature

on the

LC50

is not

simply explained by

the

(5)

51

rate ofvirus

production. High

and low

temperatures

actas stress factors

on the insects in a process

parallel

to the infection which may kill the

insect, although

the infection rate itself is hindered when

compared

to the

one observed for middle

temperatures.

The

LT^qS

ofthetwo

types

ofvirus were similar but influenced

by

the

temperature: high temperatures

reduced the

LT5Q.

The effect of the

infection with

high

concentrationswas to raise the LT50

compared

to the

infection with low

concentrations,

in

agreement

with the results obtained at thetissue Ievel.

(6)

Resume

L' etude de

microscopie electronique

executee par Schmid etal.

(1983)

a

indique

que la

granulöse d'Adoxophyes

orana F. v.

R.,

trouveeau Valais

(Suisse),

suivaitdeux

types

de

developpement

differents dansdifferentes cellules du corps gras:

(i)

la forme

classique

de

developpement

de la

granulöse

la

synthese

du virusdebutedans le noyau et se

poursuit

dans le

champ

nucleaire

(type-nucleique) (Wäger

et

Benz, 1971)

and

(ii)

une forme

atypique

le noyau ne revele aucune transformationet oü la

virogenese

se

produit

dans le

cytoplasme (type-cytoplasmique).

Les deux

types

de virus

ontete separes en infectant des larves de

premier

Stade aveclecontenu de

cellules individuelles

provenantde

larves infectees de

5e

Stade. La

Separation

s'est revelee stable pourau moins trois passages. La

Pathogenese

a et§ suivie au niveau du tissue ä l'aided'un

microscope

äcontrastede

phase.

Cette methode

permet

l'observation d'un nombre relativement

grand

decellulesce

qui

est necessaire ä l'etude de la

dynamique

de l'infection dans la

population

de cellules des corps gras de l'insecte.

La caracterisation des deux

types

a eteeffectuee par

Pelectrophorese

des

proteines

sur

gel

de

polyacrilamide (SDS- PAGE)

etpar une

analyse

de l'ADN

par enzymes de restriction. Une difference au niveau de

cinq proteines

majeures

estobservee entre les deux

types

de virus.

Cependant, Panalyse

de

l'ADN n'apu mettre en evidence aucunedifference entre les deux

types

de virus. Des

hypotheses

sontdiscutees pour

expliquer

ces resultats.

Les taux de

production

du virusdans le tissu sont de 2.6 et 1.9 pour le

type-cytoplasmique

etle

type-nucleique respectivement, lorsque

l'infection esteffectueeavec une

Suspension

du

melange

natural des deux

types

de

(7)

53

virus. Le

melange

naturel est la

proportion

trouveedans une larve morte

infectee par les deux

types

de virus.

Cependant,

lestauxde

production

de

chaque type

de virus sont inferieurs äcesvaleurs

lorsque

l'infection est effectuee avecune

Suspension

du

melange

artificiel des deux

types

de virus

(cytoplasmique

:

nucleique

= 1

:1).

Ceci montre

rimportance

de la

proportion

de

chaque

virus dans la

Suspension

utilisee pour l'infection des larves et

l'avantage,

toutau moins au niveau de l'infection du

tissu,

de la

proportion

trouvee dans le

melange

naturel.

L'effetde la

temperature

sur le

developpement

de l'infection estdifferent pour

chaque type

devirus: les hautes

temperatures

reduisent le taux de

developpement

du

type nucleique

alors que les basses

temperatures

ont le

meme effet surle

type cytoplasmique.

Lors d'infections ädoses elevees

(10.8

en

log^),

la

proportion

de cellules

du corps gras infecteesä la fin du

developpement

larvaire est inferieure ä

celle observee lors d'infections ädoses

plus

basses

(6.8

en

log-jn)

ce

qui

demontre un effet

negatif

des hautes concentrationssur la

production

de

virus par larve.

Des bioessaisont ete effectues pour comparer la virulence des deux

types

de virusä des

temperatures

differentes. Dans le but de reduire la variabilite inherente au

complexe virus-höte,

les Clementssuivants ont ete

uniformises: le

temps

de

conservation,

le

temps

d'extraction du virus apres

infection,

Testimation de la concentration du virusetlevolume de

Suspension ingere

par larve. Le

melange

naturel a une concentration lethale moyenne

(CL50)

de 3.03 x

107

GV/ml ä

25°C. Compare

äcette

valeur,

le

type

(8)

cytoplasmique

a0.63 fois cette infectivite et le

type nucleique

0.54fois

(statistiquement

differentavec

*2

=

7.0,

a =

0.05).

L'infectivite

plus

elevee

du

melange

naturel

explique

done en

partie

la

persistence

des deux

types

de

virus sur le terrain.

Le taux de

developpement

du virus dans le corps gras

n'explique

pas ä lui seul l'effet de la

temperature

sur la

CL^q.

Des facteurs de stress

agissant

sur

l'insecte,

tel hautes etbasses

temperatures, agissent

aussi

paralleles

ä

l'infection

elle-meme,

ce

qui

se manifeste par une mortalite larvaire accentuee, en

depit

d'un Processus d'infection ralentie par

rapport

äcelui observe pour les

temperatures

intermediaires.

Le

temps

de mortalite moyen

(TM^q) correspondant

aux deux

types

devirus

est

eomparable

mais

depend

de la

temperature:

les hautes

temperatures

diminuent le

TMgn.

En conformite avec les resultats obtenus au niveau de

l'infection du corps gras, l'effet d'une infection ä dose eleveeestde

prolonger

le

TM^q comparativement

äcelui obtenu lors d'une infection ä

dose

plus

basse.

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