Studies on transmissibility, cytopathology and control of <em>Tomato chlorotic dwarf viroid </em>and <em>Potato spindle tuber viroid</em>

Abstract

PSTVd and TCDVd have wide host ranges and are able to cause huge economic losses in many high-valued crops in the Solanaceous family. TCDVd has recently been detected to infect many species worldwide, posing the potential risk of spreading this viroid disease. Hence, more information about transmission modes and prevention methods need further investigation.<br /> Mechanical transmission continues to play a very important role in spreading Pospiviroids via handling activities in the greenhouse. Nearly 100% of plants showed infection with both PSTVd and TCDVd when treated with contaminated rubber gloves, mechanically inoculated with plant sap and cut with contaminated razor blades. In addition, the transmissibility of TCDVd via M. persicae with assistance of PLRV is confirmed for the first time in this study. High temperature promotes the rate of PLRV assisted aphid transmission. Although the efficiency of TCDVd transmission via M. persicae is low, the risk of PLRV-assisted aphid transmission of TCDVd to other solanaceous crops seems to be likely.<br /> The severity of induced symptoms is various depending on viroid species, host plants, inoculation time and the environmental conditions. Tomato is a susceptible symptomatic host for both PSTVd and TCDVd, whereas infected ornamental plants remain asymptomatic. High temperature (26-28⁰C) promotes foliage symptom development of TCDVd infection on tomato. In addition, the increase of plant age at the time of inoculation corresponds with a decrease of symptom expression. Distinguishable symptoms between mixed PLRV+TCDVd infection and single TCDVd infection could be observed only 6 to 8 weeks after inoculation and developed as newly emerging dwarfed and hard sprouts on top of the plant.<br /> The macroscopic symptoms may correlate with a variation of cytopathogical changes in viroid infected tissues. Disintegration of cell walls of many parenchyma cells and appearance of vesicular plasmalemmasomes are probably associated with leaf distortions and curling leaves in plants with macroscopic symptoms. Moreover, malformation of grana and thylakoid membranes of chloroplasts were typical for TCDVd-infected tissues. In PLRV-infected tissues massive accumulation of carbohydrates as starch grains could be observed in chloroplasts being a consequence of blocked translocation of photoassimilates.<br /> Besides, the viroid RNAs remain infectious for at least 4 months at -20⁰C storage condition and somewhat less after storage in a refrigerator at 4⁰C and most astonishingly after drying at room temperature. Thus, the importance of phytosanitary treatments during crop handling and plant cultivation should be highlighted. Sodium hypochlorite (NaOCl) is the most promising disinfectant against TCDVd in aqueous solution in plant sap and after treatment of contaminated handling tools in practical greenhouse work. Concentration of 0.5% NaOCl and an incubation time of 20s are sufficient to disinfect TCDVd on cutting tools and in solution. Comparable disinfection results could be achieved by flaming cutting tools with 96% alcohol.

PSTVd und TCDVd haben große Wirstkreise und sind in der Lage, große wirtschaftliche Schäden in hochwertigen Kulturen aus der Familie der Solananceen hervorzurufen. Beide Viroide können leicht auf vielseitige Art und Weise auf andere Arten oder innerhalb der gleichen Art übertragen werden. TCDVd wurde in letzter Zeit in vielen Pflanzenarten weltweit nachgewiesen. Dies erhöht die Gefahr der zunehmenden weltweiten Verbreitung dieser Viroidkrankheit. Daher ist es notwendig mehr Informationen zur Übertragbarkeit sowie zu präventiven Bekämpfungsmethoden zu erarbeiten.<br /> Mechanische Übertragung spielt nach wie vor eine sehr wichtige Rolle bei der Verbreitung von Viroiden durch manuelle Bearbeitung im Gewächshaus. Nahezu 100% der Versuchspflanzen (Tomaten) wurden infiziert, wenn sie mit Viroid-kontaminierten Gummihandschuhen abgerieben oder mit kontaminierten Rasierklingen kontinuierlich in Folge angeschnitten oder mit Viroid-haltigem Pflanzensaft mechanisch inokuliert wurden. Darüber hinaus wurde die Übertragung von TCDVd durch die Blattlaus Myzus persicae mit Unterstützung durch das Potato leafroll virus als Transportmittel nachgewiesen. Die Versuche wurden unter zwei unterschiedlichen Temperatur-regimen (20-22°C und 26-28°C) durchgeführt. Hohe Temperaturen begünstigen die Rate der PLRV-unterstützten TCDVd-Blattlausübertragung. Obwohl die Effizienz der TCDVd-Übertragung durch M.persicae nicht hoch ist, erscheint die Gefahr der Übertragung auf weitere Kulturen von Nachtschattengewächsen wahrscheinlich.<br /> Die Schwere induzierter Symptome ist unterschiedlich und hängt von der Viroid- und Wirtspflan-zenart, Zeitpunkt der Inokulation und Umweltbedingungen ab. Tomate ist eine anfällige symptombildende Wirtspflanze für PSTVd als auch für TCDVd, wohingegen infizierte Zierpflanzen symptomlos bleiben. Hohe Temperaturen (26°-28°C) begünstigen die Bildung von Blattsymptomen an Tomaten. Außerdem korrespondiert das Pflanzenalter zum Zeitpunkt der Inokulation mit einer Abnahme der Symptomausprägung. Unterscheidbare Symptome zwischen einer TCDVd/PLRV Mischinfektion und einer TCDVd Einzelinfektion konnten erst 6-8 Wochen nach Inokulation beobachtet werden: Es entwickelten sich neue verzwergte und hartblättrige Triebe aus den oberen Achselknospen der Tomatenpflanzen. <br /> Makroskopische Symptome können mit einer Anzahl von zytopathologischen Veränderungen in Viroid-infizierten Pflanzengeweben zusammenhängen. Gradueller Zerfall von Zellwänden vieler Parenchymzellen und Bildung vesikulärer Plasmalemmasomen wurden in Verbindung mit Blattdeformationen wie Blattkräuselung beobachtet. Darüber hinaus sind Deformierung von Grana- und Thylakoidmembranen in Chloroplasten typisch für TCDVd-infizierte Gewebe. In PLRV-infizierten Geweben konnte eine massive Ansammlung von Kohlehydraten in Form einer Vielzahl anomal großer Stärkekörner in den Chloroplasten, als Folge blockierter Translokation von Assimilaten festgestellt werden.<br /> Versuche zur Aktivität von TCDVd und PSTVd in Blattmaterial unter verschiedenen Lagerungs-bedingungen zeigten, dass die Pathogene für mindestens 4 Monate bei -20°C im Tiefkühlschrank, etwas weniger bei Lagerung im Kühlschrank bei 4°C und erstaunlicherweise sogar zu 20 % in bei Raumtemperatur gelagerten, verrotteten Blättern infektiös bleiben. <br /> Zur Desinfektion von TCDVd wurden verschiedene Chemikalien getestet, wobei Natriumhypo-chlorit (NaOCl) die beste Wirksamkeit zeigte. Alle Behandlungen, wie mechanische Inokulation mit Pflanzensaft und Desinfektion von Rasierklingen mit eingetrocknetem Inokulum konnten mit 0,5%iger NaOCl Konzentration bei einer Einwirkungsdauer von 20 Sekunden erfolgreich durchgeführt werden. Vergleichbar gute Desinfektionsergebnisse zeigte nur ein Abflammen der Schneidewerkzeuge mit 96%igem Alkohol.