Spontaneous mobility of subgroup a avian leukosis virus pro viruses in the genome of the chicken

Abstract

Earlier studies showed that recombinant and naturally occurring subgroup A avian leukosis viruses (ALV) could be introduced into the chicken genome by injection of the virus into the yolk of unincubated fertile eggs and could re‐insert into the germline spontaneously (Crittenden & Salter, 1988; Crittenden et ah, 1989). The proportion of proviruses that were complete and produced infectious virus was considerably higher than found for the naturally occurring ALVE (ev) family of endogenous viral genes found in domestic chickens. These studies extend earlier observations on spontaneous insertion and show that congenital infection of inherited‐provirus‐free males can result in germline insertion at a high frequency in the progeny of about 50% of them, and that a small proportion of birds carrying artificially introduced proviruses produced progeny carrying new germline inserts at a high rate by migration of the provirus to new genomic locations. The evidence suggests that the most likely mechanism is the infection of primary germ cells at some time during development. Matings for several generations showed that genomic mobility of some inserts was stable suggesting that the location of insertion may have controlled the expression of the virus produced by the inserts at high titres at the appropriate time in development for germ‐cell infection. We suggest that we have recapitulated germline infection events, suggested by Frisby et al. (1979), that led to infection of the germline of the Red Jungle Fowl and spread of endogenous viral genes through the genome during early domestication. We also postulate that natural selection against endogenous viral genes that have high virus expression phenotypes may account for the fact that germline mobility is not now commonly observed for naturally occurring ALVE genes.

Résumé

Des études précédentes ont montré que des virus de la leucose aviaire (ALV) recombinants du sous‐groupe A, et ceux qui surviennent naturellement peuvent être introduits dans le génome des poulets après, injection du virus dans le vitellus d'oeufs fertiles non incubés et peuvent s'insérer spontanément dans le génome (Crittenden et al., 1989; Crittenden & Salter, 1988). La proportion de provirus qui sont complets et qui produisent des particules virales infectieuses est considérablement supérieure à celle des gènes des virus endogènes de la famille des ALVE (ev) présents naturellement chez les poulets. Ces études apportent des observations complémentaires sur l'insertion spontanée et montrent que l'infection congénitale des mâles, indemnes de provirus hérité peut résulter de l'insertion de virus dans la lignée germinale, à haute fréquence, chez les descendants (environ 50%) et que de faible proportion d'oiseaux porteurs de provirus, introduits artificiellement, ont une descendance qui possède des inserts viraux nouveaux à haute fréquence, par migration du provirus dans de nouvelles localisations génomiques. Ceci suggère que le mécanisme le plus probable est l'infection des cellules germinales à un certain moment du développement. Les accouplements réalisés au cours de générations successives montrent que la mobilité génomique de certains inserts s'est révélée stable après plusieurs générations, suggérant que la localisation de l'insertion peut contrôler l'expression de virus produit à haut titre par les inserts à un moment déterminé au cours du développement de l'infection des cellules germinales. Les événements de l'infection des lignées suggérés par Frisby et al. (1979) ont été récapitulés et permettent de comprendre l'infection de la lignée germinale du coq sauvage Bankiva (Red Jungle) et l'envahissement des gènes viraux endogènes dans le génome au cours de sa domestication. Nous posons comme postulat que la sélection naturelle des gènes viraux endogènes qui ont des expressions phénotypiques virales très élevées peut expliquer que la mobilité des inserts dans la cellule germinale n'est pas couramment observée en ce qui concerne les gènes d'ALVE gènes qui se produisent naturellement.

Zusammenfassung

Frühere Untersuchungen zeigten, daß rekombinante und natürlich vorkommende aviäre Leukoseviren (ALV) der Untergruppe A durch die Injektion des Virus in den Dottersack unbebrüteter befruchteter Eier in das Hühner‐Genom eingeschleust werden konnten und sich spontan in das Genom wiedereinfügten konnten (Crittenden et al., 1989; Crittenden & Salter, 1988). Der Anteil der Proviren, die komplett waren und infektiöses Virus erzeugten, war dabei beträchtlich höher als bei der in Haushühnern gegundenen, natürlich vorkommenden ALVE (ev)‐Familie der endogenen Virusgene. Diese Untersuchungen ergänzen frühere Feststellungen über die spontane Insertion und zeigen, daß die kongenitale Infektion erblich provirusfreier männlicher Tiere bei den Nachkommen von etwa 50% von ihnen sehr häufig zu einer Keimbahn‐Insertion führen kann, und daß ein kleiner Anteil der Tiere, die künstlich eingeschleuste Proviren tragen, Nachkommen produzierte, die infolge der Wanderung des Provirus zu neuen Genomstellen eine hohe Rate neuer Keimbahn‐Insertionen tragen. Alle Anhaltspunkte sprechen dafür, daß der wahrscheinlichste Mechanismus die Infektion primärer Keimzellen irgendwann während der Entwicklung ist. Paarungen über mehrere Generationen ließen erkennen, daß die Genom‐Mobilität einiger Insertionen über mehrere Generationen hinweg stabil war. Das deutet darauf hin, daß die Insertionsstelle die Exprimierung des Virus kontrolliert haben könnte, das durch die Insertionen in dem für die Keimzelleninfektion geeigneten Entwicklungsstadium mit hohen Titern produziert wurde. Wir meinen, daß wir die von Frisby et al. (1979) unterbreiteten Vorgänge der Keimbahninfektion, die zur Infektion der Keimbahn des Bankivahuhnes und zur Verbreitung von endogenen Virusgenen mit dem Genom während der frühen Domestizierung führten, rekapituliert haben. Wir postulieren außerdem, daß die natürliche Selektion gegen endogene Virusgene, die Phänotypen mit starker Virusexpression haben, für die Tatsache verantwortlich sein könnten, daß eine Keimbahn‐Motilität hinsichtlich natürlich vorkommender ALVE‐Gene derzeit gemeinhin nicht beobachtet wird.

Resumen

Estudios anteriores han demostrado que virus naturales o recombinantes de la leucosis aviar (ALV) podrían ser introducidos en el genoma de la gallina mediante inyección del virus en el vitelo de huevos fértiles no incubados y podian ser reinsertados en el genoma de forma espontánea (Crittenden et al., 1989; Crittender & Salter, 1988). La proporción de provirus completo que producian virus infeccioso fue considerablemente mas elevada que la encontrada en la familia de ALVE (ev) de genes de virus endógenos naturales encontrados en la gallina doméstica. Estos estudios ampliaron observaciones anteriores relativas a la inserción espontánea y demuestran que la infección congénita de aves macho libres de provirus transmitido por la herencia podía resultar en una insercion en la línea germinal en una frecuencia elevada en la progenia de aproximadamente el 50% de los mismos y que una pequeña porción de aves con provirus introducidos artificialmente produjeron una progenie que presentaba nuevos insertos en la línea germinal a un ritmo elevado por migración del provirus a nuevos lugares del genoma. La evidencia acumulada sugiere que el mecanismo más probable es la infección de celulas germinales primarias durante el desarrollo del embrión. Varias generaciones de cruces mostraron que la movilidad genómica de ciertos insertos era estable durante varias generaciones sugiriendo que la localizacion de la inserción pudiera haber controlado la expresion del virus producido por los insertos a títulos elevados en el momento apropiado en el desarrollo de una infección de células germinales. Recapitulamos los eventos acaecidos en la infección de la línea germinal sugeridos por Frisby et al. (1979) que produjeron la infección de la línea germinal de la gallina Red Jungle y la diseminación de genes virales endógenos a través del genoma durante las etapas iniciales de su domesticación. Postulamos también que la selección natural contra genes virales endógenos que tienen una elevada expresión fenotipica peude ser responsable para el hecho de que la movilidad de la línea germinal no sea un fenómeno común observado en los genes ALVE que occurrren naturalmente.

Notes

These studies were conducted when the authors were employed at the USDA, ARS, Avian Disease and Oncology Laboratory, 3606 East Mount Hope Road, East Lansing, Michigan, USA, and in the Department of Microbiology, Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA.