Richness and composition of niche-assembled viral pathogen communities

Resumo

A comunidade de patógenos e parasitas que habita todos os organismos de vida livre pode controlar as taxas vitais do hospedeiro, incluindo o tempo de vida e a produção reprodutiva. Até o momento, no entanto, houve poucos experimentos que examinaram a montagem da comunidade de patógenos replicados em escalas espaciais suficientemente grandes para informar nossa compreensão da dinâmica de patógenos em sistemas naturais. A formação da comunidade de patógenos pode ser impulsionada por eventos estocásticos neutros de colonização e extinção ou por diferenciação de nicho que restringe a distribuição de patógenos a condições ambientais, hospedeiros ou vetores específicos. Aqui, apresentamos os resultados de um experimento replicado regionalmente que investigou a comunidade de vírus do nanismo amarelo da cevada e dos cereais (B/CYDVs) em mais de 5000 indivíduos de seis espécies de gramíneas plantados experimentalmente ao longo de um gradiente latitudinal de 700 km ao longo da costa do Pacífico da América do Norte (EUA) em resposta a suprimentos de nitrogênio e fósforo manipulados experimentalmente. A composição da comunidade de vírus variou de forma previsível entre os hospedeiros e entre os tratamentos de adição de nutrientes, indicando diferenciação de nicho entre as espécies de vírus. Houve algumas respostas concordantes entre as espécies virais. Por exemplo, a prevalência da maioria das espécies virais aumentou de forma consistente com a cobertura de grama perene, levando a um aumento de 60% na riqueza da comunidade viral em hospedeiros individuais (ou seja, coinfecção) em parcelas dominadas por grama perene. Além disso, as taxas de infecção das seis espécies hospedeiras no campo foram altamente correlacionadas com as preferências do vetor avaliadas em testes de laboratório. Nossos resultados revelam a importância da diferenciação de nicho na estruturação dos conjuntos de vírus. As distribuições das espécies de vírus refletiram uma combinação da composição da comunidade local de hospedeiros, preferências do vetor específicas da espécie hospedeira e respostas do vírus à nutrição do hospedeiro. Além disso, nossos resultados sugerem que a heterogeneidade entre as espécies hospedeiras em sua capacidade de atrair vetores ou suportar patógenos entre as estações de crescimento pode levar a uma covariação positiva entre as espécies de vírus.

Abstract

The pathogen and parasite community that inhabits every free-living organism can control host vital rates including lifespan and reproductive output. To date, however, there have been few experiments examining pathogen community assembly replicated at large-enough spatial scales to inform our understanding of pathogen dynamics in natural systems. Pathogen community assembly may be driven by neutral stochastic colonization and extinction events or by niche differentiation that constrains pathogen distributions to particular environmental conditions, hosts, or vectors.  Here, we present results from a regionally-replicated experiment investigating the community of barley and cereal yellow dwarf viruses (B/CYDV’s) in over 5000 experimentally planted individuals of six grass species along a 700 km latitudinal gradient along the Pacific coast of North America (USA) in response to experimentally manipulated nitrogen and phosphorus supplies. The composition of the virus community varied predictably among hosts and across nutrient-addition treatments, indicating niche differentiation among virus species. There were some concordant responses among the viral species. For example, the prevalence of most viral species increased consistently with perennial grass cover, leading to a 60% increase in the richness of the viral community within individual hosts (i.e., coinfection) in perennial-dominated plots. Furthermore, infection rates of the six host species in the field were highly correlated with vector preferences assessed in laboratory trials. Our results reveal the importance of niche differentiation in structuring virus assemblages. Virus species distributions reflected a combination of local host community composition, host species-specific vector preferences, and virus responses to host nutrition. In addition, our results suggest that heterogeneity among host species in their capacity to attract vectors or support pathogens between growing seasons can lead to positive covariation among virus species