Ranavirus Landscape Prevalence Tennessee Ponds Hoverman et - PDF document

3/29/16 ¡ Temperature ¡Coupling: ¡Rela2onships ¡ with ¡Ranavirus ¡Pathogenicity ¡ Mabre ¡Brand 1,2 , ¡MaAhew ¡Gray 1 , ¡Becky ¡Wilkes 2 , ¡ ¡ Roberto ¡Brenes 1 ¡and ¡Debra ¡Miller 1,2 ¡ ¡ 1 Center ¡for ¡Wildlife ¡Health ¡ 2 College ¡of ¡Veterinary ¡Medicine ¡ ¡ University ¡of ¡Tennessee-­‑Knoxville ¡ ¡ Die-­‑offs ¡in ¡Summer ¡ GSMNP: ¡Cades ¡Cove ¡ Ken ¡Dodd ¡(USGS), ¡Jamie ¡Barichivich ¡(USGS), ¡ ¡ and ¡Megan ¡Todd-­‑Thompson ¡(UT) ¡ A. ¡Cressler, ¡USGS ¡ M. ¡Niemiller, ¡Yale ¡Univ. ¡ A. ¡Cressler, ¡USGS ¡ May ¡1999, ¡2000, ¡2009, ¡2012, ¡2013: ¡ SpoAed ¡& ¡Marbled ¡Salamander, ¡Wood ¡Frog, ¡ Spring ¡Peeper, ¡Southeastern ¡Chorus ¡Frog ¡ Green ¡et ¡al. ¡(2002), ¡Todd-­‑Thompson ¡(2010) ¡ Virus ¡Replica2on ¡increases ¡with ¡ ¡Temperature ¡ 12 ¡– ¡32 ¡C ¡(in ¡vitro) ¡ Chinchar ¡(2002) ¡ Ranavirus ¡Landscape ¡Prevalence ¡ Tennessee ¡Ponds ¡ Hoverman ¡et ¡al. ¡(2011) ¡ Green ¡Frog, ¡Bullfrog, ¡ Pickerel ¡Frog, ¡Eastern ¡ Newt, ¡Tiger ¡and ¡ SpoAed ¡Salamanders ¡ Ranavirus ¡Distribu2on: ¡ 83% ¡of ¡Ponds ¡Sampled ¡ Greatest ¡Prevalence ¡and ¡a ¡Die-­‑off ¡in ¡Autumn ¡ 2011 ¡ 1 ¡

3/29/16 ¡ Seasonal ¡Trends ¡in ¡Prevalence ¡ ¡ 0.7 P< 0.02 P =0.006 A 0.57 0.6 Gray ¡et ¡al. ¡(2007) ¡ B 0.5 FV3 Prevalence 0.45 Season 0.4 B Winter Summer 0.3 0.24 B A Fall 0.2 0.15 0.15 0.1 No Winter Captures 0 Bullfrog Green Frog n =104 tadpoles n =80 tadpoles • Increase ¡in ¡pathogenicity ¡of ¡the ¡ranavirus ¡ATV ¡at ¡colder ¡temperatures ¡ Rojas ¡et ¡al. ¡(2005) ¡ • Decrease ¡in ¡immune ¡func2on ¡of ¡ectothermic ¡vertebrates ¡ ¡ DAO ¡77:97-­‑103 ¡ at ¡colder ¡temperatures ¡ Raffel ¡et ¡al. ¡(2006) ¡ Seasonal ¡ Trends ¡ Brunner ¡et ¡al. ¡(2015): ¡ Rv ¡Book ¡ n ¡= ¡109 ¡events, ¡ ¡40 ¡publica2ons ¡ Most ¡die-­‑offs ¡occur ¡ in ¡summer ¡during ¡ warmer ¡months ¡ Does ¡Temperature ¡Play ¡a ¡Role ¡in ¡the ¡ Emergence ¡of ¡Ranaviruses? ¡ • Seasonal ¡Trends : ¡ – Density ¡dependent ¡factors ¡ – Changes ¡in ¡natural ¡(predator ¡density, ¡development) ¡ or ¡anthropogenic ¡stressors ¡(nitrogen ¡concentraKon) ¡ • Water ¡Temperature’s ¡Role: ¡ ¡ ¡ – Viral ¡ReplicaKon ¡vs. ¡Immune ¡FuncKon ¡ ¡ Chinchar ¡(2002), ¡Raffel ¡et ¡al. ¡(2006) ¡ – FuncKon ¡as ¡a ¡Natural ¡Stressor ¡ Long ¡et ¡al. ¡(2012) ¡ ¡ – Fish: ¡regulaKon ¡of ¡transcripKon, ¡ nucleosome ¡assembly, ¡chromaKn ¡ organizaKon ¡and ¡protein ¡folding ¡ ¡ ¡ 2 ¡

3/29/16 ¡ Compe2ng ¡Hypotheses ¡ • Virus ¡Replica2on ¡Hypothesis ¡ – Ranavirus ¡replicaKon ¡increases ¡with ¡temperature ¡ up ¡to ¡32 ¡C ¡ High ¡Pathogenicity ¡at ¡Higher ¡Temperatures ¡ – Caveat: ¡Immune ¡funcKon ¡in ¡ectotherms ¡also ¡ increases ¡with ¡temperature ¡ • Temperature ¡Induced ¡Stress ¡Hypothesis ¡ – Early ¡Spring ¡Breeding ¡Species: ¡ ¡ Pathogenicity ¡is ¡ Species-­‑specific ¡and ¡ • Stressed ¡by ¡Warm ¡Temp ¡ Related ¡to ¡Typical ¡ – Summer ¡Breeding ¡Species: ¡ Water ¡Temperature ¡ Experienced ¡During ¡ • Stressed ¡by ¡Cold ¡Temp ¡ Tadpole ¡Development ¡ ¡ Objec2ve ¡ Test ¡for ¡Differences ¡in ¡Pathogenicity ¡of ¡Ranavirus ¡at ¡ Two ¡Temperatures ¡(10 ¡and ¡25 ¡C) ¡among ¡Four ¡ Amphibian ¡Species ¡ ¡ (two ¡spring ¡breeding ¡and ¡two ¡summer ¡breeding ¡species) ¡ Indices ¡of ¡Pathogenicity: ¡ ¡ • Percent ¡Mortality ¡ • Infec2on ¡Prevalence ¡ Species ¡Tested ¡ ¡ • Early ¡spring ¡breeders ¡ ¡ – SpoWed ¡Salamander ¡ ¡ Larvae ¡Metamorphose ¡Prior ¡to ¡June ¡ – ¡Wood ¡Frog ¡ • Summer ¡breeders ¡ ¡ ¡ – Cope’s ¡Gray ¡Tree ¡Frog ¡ Larvae ¡Metamorphose ¡Prior ¡to ¡Sept ¡ – Green ¡Frog ¡ ¡ Larvae ¡Overwinter ¡& ¡Metamorphose ¡ following ¡Summer ¡ 3 ¡

3/29/16 ¡ Experimental ¡Design ¡ ¡ • Two ¡environmental ¡chambers ¡ – Low ¡temperature ¡(10°C ¡= ¡50°F) ¡ ¡ Acclimated ¡ ¡ 1 ¡wk ¡ – High ¡temperature ¡(25°C ¡= ¡77°F) ¡ • Two ¡treatments ¡in ¡a ¡RBD ¡ ¡ ¡ ¡ ( n ¡ = ¡20/trt) ¡ – Exposed: ¡ ¡10 3 ¡PFU/mL ¡of ¡FV3-­‑like ¡isolate ¡ – Control: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Virus ¡culture ¡media ¡(MEM) ¡ ¡ ¡ ¡ • 2-­‑L ¡containers ¡ ¡ • 3-­‑d ¡Exposure ¡ • 28 ¡days ¡ ¡ Wood Frog Survival ¡and ¡Infec2on ¡Prevalence ¡ 100 ¡ 90 ¡ 80 ¡ 70 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Warm ¡ 60 ¡ No ¡Control ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Cold ¡ Survival ¡(%) ¡ 50 ¡ Mortality ¡ 40 ¡ 30 ¡ 20 ¡ 100% ¡Mortality ¡in ¡7 ¡d ¡ 10 ¡ 0 ¡ 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Clinical ¡ Subclinical ¡ = ¡84 ¡ = ¡152484 ¡ Spotted Salamander Survival ¡and ¡Infec2on ¡Prevalence ¡ 100 ¡ 90 ¡ 80 ¡ 70 ¡ Survival ¡(%) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Warm ¡ 60 ¡ 45% ¡Mortality ¡ No ¡Control ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Cold ¡ 50 ¡ Mortality ¡ 40 ¡ 30 ¡ 20 ¡ 10 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 5 ¡ 7 ¡ 9 ¡ 11 ¡ 13 ¡ 15 ¡ 17 ¡ 19 ¡ 21 ¡ 23 ¡ 25 ¡ 27 ¡ Days ¡of ¡exposure ¡ Clinical ¡ Subclinical ¡ = ¡10 ¡ = ¡6837 ¡ 15% ¡ Subclinical ¡ 45% ¡ = ¡1700 ¡ 10% ¡ 4 ¡

3/29/16 ¡ Green Frog Survival ¡and ¡Infec2on ¡Prevalence ¡ 100 ¡ 90 ¡ 80 ¡ 70 ¡ 40% ¡Mortality ¡ 15% ¡ Survival ¡(%) ¡ 60 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Warm ¡ Control ¡ 50 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Cold ¡ 40 ¡ Mortality ¡ 30 ¡ in ¡Warm ¡ 20 ¡ 10 ¡ Chamber ¡ 0 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 5 ¡ 7 ¡ 9 ¡ 11 ¡ 13 ¡ 15 ¡ 17 ¡ 19 ¡ 21 ¡ 23 ¡ 25 ¡ 27 ¡ Days ¡of ¡exposure ¡ Subclinical ¡ Clinical ¡ = ¡9 ¡ Clinical ¡ 40% ¡ = ¡1871 ¡ 30% ¡ = ¡103 ¡ 5% ¡ Cope’s Gray Treefrog Survival ¡and ¡Infec2on ¡Prevalence ¡ ¡ 100 ¡ 90 ¡ 80 ¡ 70 ¡ Survival ¡(%) ¡ 60 ¡ 65% ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Warm ¡ 50 ¡ 50% ¡Mortality ¡ 100% ¡ Control ¡ 40 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Cold ¡ 30 ¡ Mortality ¡ Mortality ¡ 20 ¡ in ¡8 ¡d ¡ in ¡Cold ¡ 10 ¡ 0 ¡ Chamber ¡ 1 ¡ 3 ¡ 5 ¡ 7 ¡ 9 ¡ 11 ¡ 13 ¡ 15 ¡ 17 ¡ 19 ¡ 21 ¡ 23 ¡ 25 ¡ 27 ¡ Days ¡of ¡exposure ¡ Clinical ¡ Clinical? ¡ 85% ¡ = ¡5 ¡ = ¡512 ¡ 50% ¡ 15% ¡ TN and MN Wood Frogs Reilly et al. (unpubl. data) 25 o C Chamber 15 o C Chamber Tennessee Tennessee Minnesota Minnesota 20 20 Number of Individuals Number of Individuals 18 18 16 16 14 14 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Days Days Median days to mortality: Median days to mortality: -Minnesota = 5.5 d -Minnesota =15.5 d 10 – 12 d -Tennessee = 6 d -Tennessee =18 d Faster 5 ¡