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 008240220s2023        ulk                      00        kor
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■035    ▼a(MiAaPQ)PennState_23898crh54
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a600
■1001  ▼aHinshaw,  Chauncy.
■24510▼aFactors  Influencing  Susceptibility  to  Viral  Diseases  in  Plants  and  Pollinators  and  the  Effects  of  Plant  Virus  Infection  on  Bee  Attraction  and  Nutritional  Resources▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bThe  Pennsylvania  State  University.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(166  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Rosa,  Cristina;Lopez-Uribe,  Margarita.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  Pennsylvania  State  University,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aAll  types  of  organisms  are  susceptible  to  virus  infections.  However,  many  organisms  have  developed  responses  to  virus  infections  that  allow  them  to  coexist  with  their  parasites.  Ultimately,  host  susceptibility  is  a  result  of  underlying  genetic  factors  controlling  immune  responses  which  lead  to  different  infection  outcomes  even  between  closely  related  hosts.  Through  genetic  bottlenecks  and  tradeoffs  between  immunity  and  traits  desirable  to  humans,  artificial  selection  can  have  consequences  for  disease  susceptibility.  A  major  goal  of  this  research  was  to  determine  how  domestication  processes  can  alter  host  immunity  by  introducing  selection  pressures  that  change  host  responses  and  infection  outcomes.  To  address  these  questions,  this  research  focused  on  two  systems  that  have  long,  complex  histories  of  domestication  and  globalization:  the  honey  bee  (Apis  mellifera)  and  squash  plants  in  the  genus  Cucurbita.  This  research  leveraged  multi-year  field  experiments  to  characterize  host  fitness  in  natural  settings  and  used  molecular  techniques  to  quantify  immune  responses.  The  results  of  this  work  show  virus  tolerance-defined  as  reductions  in  disease  while  allowing  for  pathogen  replication,-is  common  in  plant  and  pollinator  systems.  Additionally,  to  provide  deeper  insight  into  host  responses  to  virus  infection  in  squash  plants,  RNA  sequencing  was  performed  to  identify  specific  transcriptional  responses  involved  with  differences  in  host  immunity.Because  domestication  of  honey  bees  may  result  in  strong  selection  pressures  that  are  different  than  the  selection  pressures  faced  by  unmanaged  bees  in  the  wild  (feral),  we  hypothesized  that  feral  bees  would  have  higher  disease  burdens  but  also  higher  levels  of  immune  gene  expression.  Honey  bees  from  25  pairs  of  unmanaged  (feral)  and  managed  colonies  were  collected  over  two  years  and  assessed  for  pathogen  levels,  host  immune  gene  expression,  and  colony  survival.  We  found  that  feral  bees  exhibited  higher  levels  of  one  of  the  three  pathogens  tested  and  this  was  associated  with  increased  immune  gene  expression.  We  also  showed  that  feral  colonies  had  similar  levels  of  overwintering  survival  even  with  higher  pathogen  burdens,  suggesting  increased  virus  tolerance  compared  to  managed  honey  bees.  This  work  also  identified  immune  genes  that  were  associated  with  increased  overwintering  survival  in  both  feral  and  managed  honey  bee  colonies,  providing  insight  into  host-parasite  ecology.As  host  defenses  evolve  over  time,  closely  related  hosts  may  share  defenses  contributing  to  similar  levels  of  disease  susceptibility.  Thus,  in  addition  to  domestication  status,  host  phylogenetic  relatedness  may  also  be  an  important  predictor  of  host  susceptibility  to  viral  disease.  The  second  research  aim  of  this  dissertation  was  to  determine  if  either  domestication  status  or  host  phylogenetic  relatedness  contribute  to  differences  in  susceptibility  between  squash  plant  hosts.  We  used  three  pairs  of  domesticated  and  wild  plants  in  the  genus  Cucurbita  to  characterize  host  phenotypes  throughout  an  entire  field  season.  Plants  were  inoculated  with  a  combination  of  zucchini  yellow  mosaic  virus  (ZYMV)  and  squash  mosaic  virus  (SqMV).  This  study  was  conducted  over  three  years  resulting  in  a  robust  dataset  with  over  15  recorded  variables  related  to  plant  health.  Results  indicate  that  domestication  is  not  a  driver  of  susceptibility  in  this  system,  but  host  phylogenetic  relatedness  is  predictive  of  infection  outcomes  for  many  of  the  traits  measured.  Also,  it  was  found  that  virus  infection  alters  the  behavior  of  a  specialist  pollinator  but  not  a  generalist  pollinator  in  this  system.  Surprisingly,  virus  infection  also  decreased  pollen  production  and  nectar  sugar  concentration  which  has  implications  for  pollinator  nutrition.  Furthermore,  we  found  that  although  infection  outcomes  differed  greatly  between  hosts,  viral  load  did  not,  providing  support  for  the  importance  of  tolerance  in  this  system.  This  study  also  provides  evidence  that  tolerant  plant  hosts  can  maintain  nearly  all  measures  of  fitness  in  the  field,  demonstrating  that  tolerance  deserves  further  consideration  as  a  disease  management  strategy  in  agriculture.After  thorough  characterization  of  susceptibility  of  different  plant  hosts  in  the  field,  species  with  low,  medium,  and  high  levels  of  disease  susceptibility  were  chosen  to  investigate  molecular  mechanisms  underlying  reduced  disease  susceptibility.  We  exposed  plants  to  mixed  infection  of  ZYMV  and  SqMV,  a  mock-inoculation,  or  no  treatment  at  three  different  time  points  under  controlled  conditions  in  a  grow  room.  Tissue  from  these  81  plants  was  then  sent  for  RNA  sequencing.  Results  showed  that  less  susceptible  hosts  had  reduced  responses  in  the  total  number  of  differentially  expressed  genes  and  in  the  number  of  defense-related  genes.  Responses  in  the  least  susceptible  host  also  subsided  more  quickly  compared  to  more  susceptible  hosts  and  were  effective  at  reducing  the  accumulation  of  ZYMV,  while  SqMV  levels  were  similar  between  all  hosts.  This  research  suggests  that  reduced  disease  susceptibility  is  characterized  by  delayed  or  lower  magnitude  of  responses,  which  may  deprive  viruses  of  necessary  factors  for  replication,  and  ultimately  may  limit  virus-induced  damage.  Our  results  also  highlight  the  importance  of  early  host  responses  before  symptom  development  for  infection  outcomes.  This  dataset  provides  a  valuable  resource  for  further  investigating  the  molecular  mechanisms  of  virus  susceptibility  in  plants,  which  are  largely  unknown.
■590    ▼aSchool  code:  0176.
■650  4▼aInfections.
■650  4▼aHoney.
■650  4▼aPathogens.
■650  4▼aPhylogenetics.
■650  4▼aDomestication.
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■650  4▼aAgriculture.
■650  4▼aGene  expression.
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■71020▼aThe  Pennsylvania  State  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-05B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0176
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■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16935393▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
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