The identification of three new viruses isolated from Wisteria and Pisum in The Netherlands, and the problem of variation within the potato virus Y group

Abstract

Three new legume diseases in The Netherlands are described:Wisteria vein mosaic, pea necrosis, and pea leafroll mosaic. In particle size and morphology and in host reaction the virus isolates resembled bean yellow mosaic virus (BYMV), but they were readily distinguishable in several test plants.

In recent years several new legume viruses related to BYMV and bean common mosaic virus have been described. Besides, more and move viruses of the potato virus Y group are proving to be naturally infectious to legumes, e.g. lettuce mosaic virus, beet mosaic virus, watermelon mosaic virus, and even turnip mosaic virus, all of which are somehow related to BYMV. To investigate the nature and degree of these relationships, the virus isolates causing the three new legume diseases were compared with a normal strain of BYMV and with pea mosaic virus, clover yellow vein virus, cowpea aphidborne mosaic virus, two isolates of beet mosaic virus, and lettuce mosaic virus.

They were all found to have several hosts and symptoms in common. The differences observed showed a range of gradations only. Unexpectedly, BYMV was found to infect 17 out of 20 non-legumes tested. TheWisteria isolate and lettuce mosaic virus did not produce inclusion bodies, whereas all others did. Often nucleoli were very much enlarged or contained crystals. The pea necrosis isolate produced many nucleoar crystalline needles.

Cross-protection tests were of little help in determining mutual relationships.

Antisera prepared against theWisteria isolate, the pea necrosis isolate, and BYMV, and an antiserum against bean common mosaic virus, revealed definite relationships, but also substantial differences.

By using the electron microscope the three new isolates were indistinguishable from BYMV, whereas the particle lengths of two isolates of beet mosaic virus were considerably shorter. The isolate of pea mosaic virus had much longer (840 mμ) and more rigid particles.

Thus, the more that known viruses are studied in detail, and the more new viruses and strains are described, the more borderlines supposed to exist between the different viruses of a morphological group disappear. The fading away of biological borderlines as described here, throws new light on the intergrading serological relationships between viruses of a morphological group as reported in the literature. Thus, extreme variation of viruses may make it impossible to define a species concept for viruses. Borderlines have to be drawn arbitrarily. The incitants ofWisteria vein mosaic, pea necrosis, and pea leafroll mosaic are here considered different viruses, although closely related to bean yellow mosaic and bean common mosaic viruses.

Samenvatting

Drie nieuwe in Nederland voorkomende ziekten van vlinderbloemigen worden beschreven, te wetenWisteria-nerfmozaïek, dat vrij algemeen bij de sierplant blauwe regen voorkomt (Fig. 1), erwtenecrose, slechts éénmaal geconstateerd (Fig. 2), en een met zaad overgaand, waarschijnlijk niet zeldzaam erwterolmozaïek (Fig. 3). In deeltjesgrootte en-vorm leken de betrokken virusisolaten op bonescherpmozaïekvirus, maar ze konden in verscheidene toetsplanten gemakkelijk worden onderscheiden.

In de laatste jaren zijn talrijke “nieuwe virussen van vlinderbloemigen” beschreven die verwant zijn aan het bonescherpmozaïekvirus en het bonerolmozaïekvirus (Table 1). Bovendien blijkt dat een toenemend aantal virussen uit de aardappel-Y-virusgroep, zoals slamozaïekvirus, bietemozaïekvirus, watermeloenemozaïekvirus en zelfs een knollemozaïekvirus (“turnip mosaic virus”), in staat is onder natuurlijke omstandigheden vlinderbloemigen aan te tasten. Op de een of andere wijze zijn al deze virussen verwant aan het bonescherpmozaïekvirus. Om een inzicht te krijgen in de aard en mate van deze verwantschappen zijn de drie nieuw ontdekte isolaten vergeleken met een normale stam van het bonescherpmozaïekvirus en met erwtemozaïekvirus en verder met “clover yellow vein virus”, “cowpea aphid-borne mosaic virus”, twee isolaten van het bietemozaïekvirus en slamozaïekvirus (Tabel 2). Ze bleken alle ettelijke waardplanten en symptomen gemeen te hebben (Tabel 3, Fig. 4–14), waaronder erwte- en bonerassen (Tabel 4 en 5). Onderlinge verschillen waren slechts van graduele aard. Talrijke niet-vlinderbloemigen reageerden op de te identificeren isolaten, vooral op het erwtenecrosevirus (o.a. Fig. 13). Geheel onverwacht werd gevonden dat zelfs de normale stam van het bonescherpmozaïekvirus 17 van de 20 getoetste niet-vlinderbloemigen kon infecteren. Met moeite ging het virus lokaal over op biet, en spinazie werd zelfs systemisch geïnfecteerd. Bij nader inzien blijken in de literatuur meer verspreide meldingen van infectie van niet-vlinderbloemigen voor te komen (Tabel 12). De vorming van celinsluitsels en zelfs van vergrotingen van de nucleolus is niet beperkt tot bonescherpmozaïekvirus en tabaks-etsvirus, een andere vertegenwoordiger uit de Y-virusgroep. Ze werden alleen niet gevonden bij hetWisteria-virus en bij slamozaïekvirus. Het erwtenecrosevirus veroorzaakte vergrote en zeer opvallend van talrijke naalden voorziene nucleoli.

Gegevens uit de literatuur en uit dit onderzoek over het niet vatbaar zijn van bepaalde plantesoorten zijn van betrekkelijke waarde, omdat de resultaten afhankelijk zijn vanhet ras of type van de getoetste plantesoort en de omstandigheden, alsmede van de kwaliteit van het inoculum en van de combinatie donor-acceptor (virusbrontoetsplant) (Tabel 6).

De gevonden verschillen in bestendigheid van het infectievermogen in uitgeperst sap waren voor enkele isolaten slechts gering (Tabel 7). Premunitieproeven bleken nauwelijks te helpen bij het bepalen van onderlinge verwantschappen (Tabel 8 en 12).

De in samenwerking met de heer D. Z. Maat bereide antisera tegen de isolaten uitWisteria en necrotische erwt en de normale stam van het bonescherpmozaïekvirus, alsmede een beschikbaar antiserum tegen bonerolmozaïekvirus toonden het bestaan van duidelijke verwantschappen, maar ook van niet geringe verschillen aan (Tabel 9).

In de elektronenmicroscoop waren de drie nieuwe virusisolaten niet van bonescherpmozaïekvirus te onderscheiden terwijl beide isolaten van bietemozaïekvirus belangrijk korter waren (Tabel 10). Merkwaardigerwijs had het erwtemozaïekisolaat vrijwel rechte deeltjes van aanzienlijk grotere lengte (840 mμ).

Uit dit onderzoek en uit gegevens uit de literatuur kan worden geconcludeerd dat naarmate de bekende virussen meer in detail worden bestudeerd en meer nieuwe virussen en virustammen worden beschreven de grenzen die men lange tijd veronderstelde te bestaan tussen verschillende virussen van een morfologische groep geleidelijk vervagen. Het hier vooral beschreven vervagen van biologische grenzen werpt nieuw licht op het reeds langer bekende bestaan van graduele serologische verwantschappen tussen virussen van een morfologische groep. Hiermee zitten we midden in het probleem van de variabiliteit van de virussen dat ook geldt voor de meer intrinsieke viruseigenschappen. De laatste zijn overigens ook al van betrekkelijke waarde voor de identificatie van virussen, omdat slechts een deel van de totale hoeveelheid genetische informatie van invloed is op deeltjesvorm, deeltjesgrootte en serologische eigenschappen. Biologische eigenschappen zullen daarom van waarde blijven voor de identificatie van virussen.

Virussen schijnen zich overwegend of uitsluitend ongeslachtelijk te vermeerderen of vermeerderd te worden. Daardoor kan iedere mutant, indien ontstaan of terechtgekomen onder selectieve omstandigheden leiden tot een nieuw biotype. Door de enorme variabiliteit der virussen zal het vermoedelijk onmogelijk zijn ooit een soortsbegrip voor virussen te omschrijven. Toch moeten uit praktische overwegingen kunstmatige grenzen worden getrokken. Daar de geconstateerde verschillen tussen de verwekkers van de drie nieuwe ziekten en het bonescherpmozaïekvirus niet onderdoen voor die tussen laatstgenoemd virus en bonerolmozaïekvirus en tussen de nauw aan tabaks-etsvirus verwante virussen, worden de nieuwe verwekkers als aparte virussen beschouwd, hoewel ze onderling en aan het bonescherpmozaïekvirus nauw verwant zijn.