Development of a bioassay to evaluate the resistance of sugar beet varieties to beet mild yellowing virus (BMYV) and beet chlorosis virus (BChV)

Abstract

Beet yellowing is a foliar disease affecting sugar beets as well as other non-crop plants and causing economic losses that can be significant. Viruses transmitted by aphids of the species Mysus persicae (Sulzer, 1776) cause this disease in Europe : BMYV, BChV and BYV. The first two mentioned above are the most present in Belgium and are studied in this master thesis. Since the tightening of the regulations concerning the use of neonicotinoids present in the sugar beet seed coatings and allowing an efficient control of aphids, the abundance of aphids in sugar beet fields has risen dramatically. A direct consequence of this presence is an increase in the number of sugar beets affected by mild yellowing. Chemical and biological alternatives to control aphids exist but the efficacy of these alternatives is not always equal to the efficacy of neonicotinoids. In addition, aphids develop resistance to certain chemical compounds and these compounds can be harmful to other animal species. A potentially effective control method that is not harmful to other species is the development of sugar beet varieties that are resistant or tolerant to aphids or viruses responsible for yellowing. In recent years, seed companies, including SESVanderhave, have begun breeding programs for yellowing-resistant varieties from cultivated and wild beet species of the genus Beta. Genotypes presumed to be tolerant or resistant are then tested. A bioassay in which the two viruses causing yellowing were inoculated separately to three genotypes of sugar beet provided by SESVanderhave was conducted to detect resistant genotypes. After inoculation, samples of old leaves, roots and young leaves of the plants were taken weekly for three weeks. The virus presence and abundance were further evaluated by immunological (ELISAs) and molecular (real-time PCR) tests. The photosynthetic efficiency of the infected indoor and outdoor plants was measured and compared to the photosynthetic efficiency of the healthy plants during six weeks after virus inoculation. In addition, the intensity of symptoms appearing on the leaves of infected plants was scored weekly. Optimization of a real-time PCR test encountered specific issue whose origin has been identified. After analysis of the results, one of the varieties appeared to be more susceptible to the viruses while the two others seemed more resistant. After three weeks this difference in sensitivity is significant in young leaves that have not been in contact with an infected aphid, maybe due to a limiting mechanism of virus translocation in sugar beets of resistant genotypes. Leaves affected by yellowing symptoms are less photosynthetically efficient than healthy leaves, but plant senescence leads to a bias in photosynthetic efficiency measurements. Infected plants placed outdoors are also less photosynthetically efficient than infected plants placed indoors and develop more symptoms. The more stressful environment is the cause of these differences. The different tests performed should be repeated on a large scale and in the field to confirm the inferred trends. Then, the probable resistances detected after this bioassay can in the future be used in crosses to generate productive and resistant sugar beet varieties.

La jaunisse de la betterave sucrière est une maladie foliaire affectant la betterave sucrière ainsi que d’autres plantes non cultivées et engendrant des pertes économiques parfois importantes. Trois virus transmis par des pucerons de l’espèce Mysus persicae (Sulzer, 1776) causent cette maladie en Europe : le BMYV, le BChV et le BYV. Les deux premiers virus précédemment cités sont les plus présents dans nos régions et sont étudiés dans ce travail. Depuis le durcissement de la règlementation relative à l’utilisation des néonicotinoïdes présents dans l’enrobage des graines de betterave et permettant un contrôle efficace des pucerons, ces derniers sont présents de manière plus importante dans les champs de betterave. Une conséquence directe de cette présence est l’augmentation du nombre de betteraves touchées par la jaunisse modérée. Des alternatives chimiques et biologiques pour contrôler les pucerons existent mais l’efficacité de ces alternatives n’est pas toujours égale à l’efficacité des néonicotinoïdes. De plus, les pucerons développent des résistances vis-a-vis de certains composés chimiques et ces composés peuvent être nocifs pour d’autres espèces animales. Une méthode de contrôle potentiellement efficace et non nocive pour d’autres espèce est le développement de variétés de betteraves résistantes ou tolérantes aux pucerons ou aux virus responsables de la jaunisse modérée. Depuis quelques années les sociétés semencières, dont la SESVanderhave, ont débuté des programmes de sélection de variétés résistantes à la jaunisse à partir d’espèces de betteraves du genre Beta cultivées ou sauvage. Les génotypes présumés tolérant ou résistant sont ensuite testés. Un bioessai lors duquel les deux virus causant la jaunisse ont été inoculé séparément à des des plantes de trois génotypes fournit par la SESVanderhave a été réalisé afin de détecter les génotypes résistants. Après inoculation, des échantillons de vieilles feuilles, racines et jeunes feuilles des plantes étaient prélevés pendant trois semaines et des analyses ELISAs et une optimisation de qPCRs ont été réalisées afin d’obtenir une quantification relative des virus entre les différentes parties des plantes et entre les plantes des différents génotypes. Dans le même temps, une partie des plantes infectée a été placée dans une parcelle extérieure avec des plantes saines et l’autre partie a été placée dans une chambre permettant d’imposer un environnement contrôlé et favorable à a croissance des plantes. L’efficacité photosynthétique des plantes infectées intérieures et extérieures a été mesurée et comparée à l’efficacité photosynthétique des plantes saines pendant six semaines après inoculation des virus. De plus, l’intensité des symptômes apparaissant sur les feuilles des plantes infectés était évaluée chaque semaine grâce à un système de score. L’optimisation de la qPCR n’a pas été assez aboutie que pour réaliser des qPCR fiables. Après analyse des autres résultats, une des variétés semble sensible au virus alors que les autres semblent plus résistance et cette résistance est de plus en plus marquée au fil du temps. Après trois semaines cette différence de sensibilité est significative dans les jeunes feuilles qui n’ont pas été en contact avec un puceron infecté, probablement grâce à un mécanisme de limitation de translocation de virus chez les betteraves des génotypes résistants. Les feuilles touchées par les symptômes de la jaunisse sont moins efficaces photosynthétiquement que les feuilles saines mais la sénescence des plantes entraine un biais lors des mesures d’efficacité photosynthétique. Les plantes infectées placées à l’extérieur sont également moins efficaces photosynthétiquement que les plantes infectées placées à l’intérieur et développent des symptômes plus importants. L’environnement plus stressant est la cause de ces différences. Les différents tests réalisés devraient être répétés à grande échelle et en champs afin de confirmer les tendances déduites. Ensuite, les probables résistances détectées après ce bioessai peuvent dans le futur être utilisées dans des croisements pour générer des variétés de betteraves sucrières productives et résistantes.