ダグラスファー・タスソックモスのバキュロウイルスのダイナミクス

病原体の多型性、つまり同じ環境に異なる病原体の形態が存在する現象はよくあることだよ。この状況は、宿主と病原体の相互作用を理解するのに課題をもたらすんだ。従来の理論では、病原体が互いに競争するため、最も強力な株だけが生き残るという考え方があったけど、自然界では多くの異なる株が共存していることがわかるから、この考え方だけじゃ全体像を捉えきれないんだ。

もっと進んだモデルでは、環境や季節の変化、宿主と病原体の個体数の変動などが、複数の病原体タイプが共存できる要因になることを提案しているんだけど、これらのモデルはしばしば病原体が環境に応じて異なる適応度を持つことを過度に簡素化してしまう。より良く理解するために、ダグラスモミのトサカガの幼虫に感染する2種類のバキュロウイルスの相互作用を研究しているんだ。

バキュロウイルスは、宿主を殺さなければ感染を広げられない特定の病原体なんだ。伝染は、感染していない幼虫が感染した幼虫の残骸を食べることで起こる。このウイルスには粒子の構造が異なる2つの形態があって、これら2つが宿主をどれくらい早く殺すかが違うかもしれないと以前の研究が示唆したけど、これを確認する証拠はまだ不十分なんだ。

両方のウイルスの形態は、特にアメリカ西部やカナダの一部で、さまざまな場所で頻繁に一緒に出現している。これは共存できることを示唆していて、各ウイルスタイプの適応度の重要な側面を測定することで、この共存の理由を探ろうとしているんだ。

#研究の焦点

ダグラスモミのトサカガに感染する2種類のバキュロウイルス間の競争に焦点を当てたんだ。これらのウイルスがどのように機能し競争するのかを理解することは、相互作用のダイナミクスを把握するために重要なんだ。病原体の伝染は簡単なプロセスだけど、宿主がどのように感染するかにはたくさんの違いがある。感染は通常、幼虫の死に至るから、汚染された葉を食べた後に幼虫が死ぬまでの時間を追跡できるんだ。

研究モデルは通常、主要な要因を使って伝染を簡素化するけど、実際には複数のプロセスが関与している。他の人たちは、より良いモデルを構築するためにこれらのプロセスを分解することを求めている。そのため、バキュロウイルスの伝染を2つの主要な要因、つまりウイルスへの曝露後の死亡の可能性と、感染していない幼虫が汚染された葉を食べる確率に分けたんだ。

これらの2つの要因に加えて、各ウイルスの形態が宿主を殺すのにかかる時間も調べたんだ。以前の研究では主に死亡までの平均時間に焦点を当てていたけど、この時間の変動を見落としていた。変動はウイルスの時間経過における効果に影響を与え、異なる形態の存在を維持するのに役立つことがある。

ダグラスモミのトサカガの幼虫は、ダグラスモミの木やいくつかのモミの種類で繁栄できる。これは、他の研究が示しているように、曝露後の死亡の可能性が宿主植物の種類によって変わるため、2つのバキュロウイルスの形態にとって重要なんだ。また、幼虫が食べる木が、ウイルスに感染した葉を避ける能力にどのように影響するかも見たかった。

ホストツリーの種類がウイルスの適応度にどのように影響するかを調べるために、ダグラスモミとグランドモミの木で両方のウイルスの形態を詳しく見たんだ。

#重要な発見

私たちの研究は、木の種類、ウイルスの形態、そしてそれらの相互作用が、ウイルスが宿主を殺す速さ、曝露後の死亡の可能性、幼虫が汚染された葉を避ける能力に大きく影響することを示したんだ。木の種類とウイルスの形態の相互作用が、殺すまでの平均時間と殺す速度の変動の両方に影響を与えることがわかった。私たちの発見に基づいたシミュレーションを使って、殺す速度に大きな変動があるウイルスの形態は、早い段階での死亡が多くなるため、より良い適応度を持つことを示したんだ。

#トサカガとそのウイルスの自然史

ダグラスモミのトサカガは、ダグラスモミと本物のモミの重要な害虫なんだ。彼らの個体数が急増すると、木に大きな損害をもたらすことがある。幼虫は春の遅くに出現し、発生は通常数年続き、それは大抵バキュロウイルスによって終息する。感染した卵から孵化した幼虫が死ぬと、他の幼虫にウイルスを広げるんだ。

バキュロウイルスは、感染性粒子の構造が異なる2つの形態から成り立っている。調査によると、両方の形態が地元の個体群に高いレベルで存在していて、優位性は場所によって変わることがわかっている。

#感染実験

曝露後の感染の可能性を測定するために、まず幼虫を48時間飢えさせたんだ。それから、ウイルスで汚染された針葉を与え、全体を食べなかった幼虫は捨てた。私たちは、針葉の種類と幼虫に与えるウイルスの量を変えたんだ。

異なるウイルスの分離株をアメリカ西部のさまざまな場所から収集した。それぞれの幼虫には、分離株と木の種類に応じてラベルを付けた。ウイルスを受け取らなかったコントロール幼虫の一部が感染したけど、これは結果に影響を与えない程度だった。1ヶ月間幼虫を観察して、死に至る感染を確認したんだ。

#回避テスト

ウイルスに汚染された葉を摂取するのを幼虫がどれだけうまく避けられるかを測るために、選択テストを設定したんだ。それぞれのテストでは、幼虫の前に汚染された葉と無汚染の葉を置いて、何を食べたかを記録した。できるだけ自然の条件を再現することを目指して、感染した幼虫が以前に死んだ木から摘んだ葉を使ったんだ。

驚いたことに、幼虫はSNPV形態の汚染された針葉をわずかに好む傾向があったけど、MNPVタイプは避ける傾向があった。全体的に、幼虫の摂食行動は、死体で汚染された針葉の存在によって大きく影響を受けたんだ。

#殺す速度

幼虫が死ぬまでの時間は、ウイルスの形態や木の種類によって異なることがわかったんだ。ダグラスモミでは、MNPV形態がグランドモミに比べて殺す速度が短かった。でも逆にSNPV形態は、ダグラスモミでは長い殺す時間を持ち、グランドモミでは短い時間だったんだ。

殺す速度のデータの統計分析は、これらのパターンを確認し、ウイルスの種類が木の種類だけよりも殺す速度の良い予測因子であることを示したんだ。

#シミュレーション結果

私たちのデータを使って、さまざまな森林構成における感染ダイナミクスをシミュレートしたんだ。この結果は、2つのウイルス形態が木の種類によって異なった性能を示すことを示した。SNPV形態はグランドモミの森林で優位性があり、MNPV形態はダグラスモミの森林でより良い結果を出したんだ。

殺す速度の変動が高いことは利点をもたらし、これは発生の初期段階でより多くの死亡が起こるようにするから、平均的な殺す速度とその変動がウイルスの全体的なパフォーマンスに影響を与えることがわかるんだ。

#結論

私たちの発見は、ダグラスモミのトサカガのバキュロウイルスの適応度に影響を与える重要な要因、つまり感染の可能性、殺す速度、回避行動が、ウイルスの形態や宿主の木の種類によって大きく異なることを強調しているんだ。これら2つのウイルス形態の共存は、これらの対照的な適応度の利益によって説明できるんだ。

全体として、これらの洞察は病原体のダイナミクスを理解するのに寄与し、バキュロウイルスを利用した害虫の個体数を制御する能力を向上させるかもしれない。今後の研究は、これらの相互作用の背後にあるメカニズムや、森林の構成の変化に伴ってどのように変わるかを探求し続けるべきだよ。