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侵染苘麻的菜豆金色黃花葉病毒的鑒定及基因組結(jié)構(gòu)分析

2024-06-08 14:55:36杜江馬振男崔麗艷王德富牛顏冰
植物保護(hù) 2024年3期
關(guān)鍵詞:苘麻雙生曲葉

杜江 馬振男 崔麗艷 王德富 牛顏冰

摘要

為明確引起我國(guó)山西晉中地區(qū)苘麻葉片表現(xiàn)皺縮和花葉癥狀的病原物及其基因組分子特征,本研究利用雙生病毒簡(jiǎn)并引物擴(kuò)增獲得病毒基因組部分序列,經(jīng)測(cè)序、比對(duì)后設(shè)計(jì)

特異性引物擴(kuò)增病毒基因組序列,進(jìn)而通過(guò)生物信息學(xué)方法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)并進(jìn)行序列分析。結(jié)果表明:引起苘麻葉片皺縮、花葉的病原物為番茄黃化曲葉病毒(tomato?yellow?leaf?curl?virus,TYLCV),將該分離物命名為T(mén)YLCVAbu,GenBank登錄號(hào)為OP293347,但未擴(kuò)增到β衛(wèi)星。該病毒DNAA基因組全長(zhǎng)為2?782?bp,含有6個(gè)開(kāi)放閱讀框。TYLCVAbu分離物與TYLCV茄子分離物KSQ13(GenBank登錄號(hào)KC428753)的核苷酸序列一致性最高,為9899%,其中C4和V2編碼的蛋白變異較大。重組結(jié)果分析顯示,分離物TYLCVAbu是由TYLCVF(GenBank登錄號(hào)KY971326)和TYLCVKSQ13重組得到,重組區(qū)域?yàn)槠浠蚪M2?617-2?782?nt區(qū)域。這是首次從苘麻樣品中擴(kuò)增到TYLCV全基因組序列并進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞

苘麻;?菜豆金色黃花葉病毒屬;?序列分析

中圖分類號(hào):

S?43241

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:?A

DOI:?10.16688/j.zwbh.2022706

Molecular?identification?and?genome?sequence?analysis?of?begomoviruses?infecting?Abutilon?theophrasti

DU?Jiang1,?MA?Zhennan1,?CUI?Liyan2,?WANG?Defu1,?NIU?Yanbing1*

(1.?College?of?Life?Science,?Shanxi?Agricultural?University,?Taigu?030801,?China;?2.?College?of?Grassland?Science,

Shanxi?Agricultural?University,?Taigu?030801,?China)

Abstract

In?order?to?clarify?the?pathogen?and?the?genomic?sequence?characteristics?that?causing?leaf?wrinkling?and?mosaic?of?Abutilon?theophrasti.?The?samples?with?typical?symptoms?were?collected?from?Jinzhong?area?of?Shanxi?province,?the?genome?sequence?of?the?virus?was?amplified?using?geminivirus?degenerate?primers?and?then?designed?specific?primers.?The?phylogenetic?tree?was?constructed?and?the?virus?genomic?sequence?was?analyzed?using?bioinformatics?methods.?The?results?showed?that?the?pathogen?causing?the?leaf?wrinkling?and?mosaic?symptoms?of?A.theophrasti?was?tomato?yellow?leaf?curl?virus?(TYLCV),?named?TYLCVAbu?(GenBank?acc.?noOP293347),?but?no?beta?satellite?amplification?was?obtained.?The?viral?DNAA?genome?was?2?782?bp?in?length?and?contained?six?open?reading?frames.?The?TYLCVAbu?sequence?shared?the?highest?identity?(9899%)?with?that?of?the?TYLCV?eggplant?isolate?KSQ13?(KC428753),?but?the?proteins?encoded?by?its?C4?and?V2?genes?shared?low?identities?with?those?of?the?other?virus?isolates?in?GenBank.?The?results?of?recombination?analysis?showed?that?the?TYLCVAbu?isolate?was?recombined?from?the?TYLCVF?isolate?(KY971326)?and?the?TYLCVKSQ13?isolate.?The?recombination?region?was?from?2?617?nt?to?2?782?nt?in?TYLCVAbu?genome.?To?our?knowledge,?this?is?the?first?report?of?the?whole?genome?sequence?of?TYLCV?from?A.theophrasti?plants.

Key?words

Abutilon?theophrasti;?Begomovirus;?sequence?analysis

雙生病毒科Geminiviridae病毒是一類具有孿生顆粒形態(tài)的單鏈環(huán)狀DNA病毒,按基因組可分為單組分和雙組分病毒,單組分病毒只包含大小約為28?kb的DNAA,而雙組分病毒則包含大小為25~28?kb的DNAA和DNAB兩個(gè)組分[1]。依據(jù)國(guó)際病毒分類委員會(huì)(International?Committee?on?Taxonomy?of?Viruses,ICTV)最新的分類報(bào)告,?Geminiviridae被劃分為14個(gè)屬,其中菜豆金色黃花葉屬Begomovirus是包含種類最多、危害最為嚴(yán)重、分布最為廣泛的一個(gè)屬,已在世界范圍內(nèi)對(duì)多種植物造成了重大經(jīng)濟(jì)損失,我國(guó)的云南、新疆、海南、臺(tái)灣和廣東等地的番茄、棉花、煙草、水茄、南瓜、錦葵、鳳仙花等植物上相繼發(fā)現(xiàn)了該屬病毒。該屬病毒主要通過(guò)煙粉虱傳播,并且大多數(shù)的單組分病毒通常都伴有衛(wèi)星分子,進(jìn)而形成復(fù)合體侵染寄主植株[29]。

苘麻Abutilon?theophrasti是錦葵科Malvaceae一年生草本植物。已有研究表明,苘麻莖、葉、根和花中含有黃酮類、有機(jī)酸、酚類、多糖類等多種重要化學(xué)成分,具有清熱解毒,利濕的作用,可以用來(lái)治療痢疾、癰腫等癥[1011]。筆者2022年5月進(jìn)行藥用植物病害調(diào)查時(shí),發(fā)現(xiàn)山西晉中地區(qū)多株苘麻葉片表現(xiàn)出皺縮、花葉等典型的病毒病癥狀。病毒的侵染有時(shí)不僅會(huì)影響植物的表型,還會(huì)導(dǎo)致寄主有效成分的變化。因此鑒定侵染山西晉中苘麻的病毒種類對(duì)于苘麻的病毒病防控具有重要意義。

1?材料與方法

1.1?材料

供試樣品:2022年5月采集于山西省祁縣自然發(fā)病的苘麻葉片,保存于-80℃冰箱備用。

試劑:DNA凝膠回收試劑盒,OMEGA公司;PrimeSTAR?HS,寶日醫(yī)生物技術(shù)(北京)有限公司;2×Taq?PCR?Mix,pEASYT1載體,pEASY?Blunt載體,Trans1T1感受態(tài)細(xì)胞,北京全式金生物技術(shù)股份有限公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

儀器:T100梯度PCR儀,GelDoc?XR凝膠成像儀,伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司;Eppendorf?5424R型冷凍離心機(jī),德國(guó)Eppendorf公司;DYY6C電泳儀,北京六一生物科技有限公司。

1.2?苘麻樣品中菜豆金色黃花葉病毒屬病毒檢測(cè)

健康的苘麻葉片平展(圖1a),而苘麻病株葉片具有典型皺縮、花葉癥狀(圖1b)。采集健康和患病植株葉片,采用CTAB法提取苘麻葉片的總DNA[12]。利用雙生病毒簡(jiǎn)并引物(SPG1/SPG2)[13]以及beta衛(wèi)星分子通用引物(β01/β02)[14](表1)對(duì)苘麻樣品進(jìn)行PCR檢測(cè)。PCR反應(yīng)體系為:2×Taq?PCR?Mix?10?μL,上、下游引物(10?μmol/L)各1?μL,約50?ng植物總DNA,加超純水至20?μL。PCR擴(kuò)增程序:94℃預(yù)變性2?min;94℃變性30?s,55℃退火30?s,72℃延伸60/90?s,30個(gè)循環(huán);72℃延伸10?min。PCR產(chǎn)物于10%瓊脂糖凝膠中檢測(cè),目標(biāo)條帶使用瓊脂糖凝膠回收試劑盒回收后與pEASYT1載體連接。熱激轉(zhuǎn)化到大腸桿菌Trans1T1,隨機(jī)挑選3個(gè)陽(yáng)性克隆送至生工生物工程(上海)股份有限公司測(cè)序。

1.3?苘麻樣品中菜豆金色黃花葉病毒屬病毒全基因組擴(kuò)增

根據(jù)12中獲得的病毒基因組部分序列(900?bp)設(shè)計(jì)擴(kuò)增病毒全長(zhǎng)序列的引物TYLCVF/TYLCVR(表1)。PCR反應(yīng)體系如下:PrimeSTAR?HS?10?μL,10?μmol/L?TYLCVF/TYLCVR各1?μL,約50?ng植物總DNA,加超純水至20?μL。擴(kuò)增程序:98℃變性10?s,55℃退火5?s,72℃延伸3?min,30個(gè)循環(huán);72℃延伸5?min。PCR產(chǎn)物于10%瓊脂糖凝膠中電泳,目標(biāo)條帶割膠回收后與pEASY?Blunt載體連接,連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌經(jīng)菌液PCR篩選后,隨機(jī)挑取3個(gè)陽(yáng)性克隆,送至生工生物工程(上海)股份有限公司測(cè)序。

1.4?番茄黃化曲葉病毒苘麻分離物(TYLCVAbu)生物信息學(xué)分析

利用NCBI中的BLAST檢索功能(https:∥blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.)進(jìn)行基因序列同源性分析,采用DNAMAN?80軟件及SDT?version軟件進(jìn)行基因序列相似性比較分析,使用MEGA?70軟件中的鄰接法(neighborjoining)構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù),bootstrap?為1?000,最后使用RDP?4軟件對(duì)獲得的分離物進(jìn)行重組分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?苘麻樣品中菜豆金色黃花葉病毒屬病毒的鑒定及全基因組擴(kuò)增

利用雙生病毒簡(jiǎn)并引物SPG1/SPG2對(duì)苘麻樣品進(jìn)行PCR檢測(cè),擴(kuò)增到約900?bp的特異性條帶(圖2a),測(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行BLAST檢索后發(fā)現(xiàn),其與番茄黃化曲葉病毒(tomato?yellow?leaf?curl?virus,TYLCV)山東辣椒分離物SDWF73(GenBank登錄號(hào)KU760890)的相似性最高,達(dá)到9933%,推測(cè)苘麻樣品是被TYLCV所侵染。當(dāng)利用beta衛(wèi)星分子通用引物(β01/β02)對(duì)苘麻樣品進(jìn)行PCR檢測(cè)時(shí)未檢到條帶,說(shuō)明苘麻樣品并未伴隨有beta衛(wèi)星分子的侵染。

以提取的苘麻樣品總DNA為模板,利用TYLCV的特異引物(TYLCVF/TYLCVR)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,得到一條大小約2?800?bp的目的條帶(圖2b),經(jīng)測(cè)序拼接后該病毒序列全長(zhǎng)為2?782?bp,將獲得的TYLCV全長(zhǎng)序列命名為T(mén)YLCVAbu(GenBank登錄號(hào)OP293347)。分析發(fā)現(xiàn),TYLCVAbu共編碼6個(gè)開(kāi)放閱讀框,C1(1?543-2?616?nt)、C2(1?227-1?634?nt)、C3(1?082-1?486?nt)、C4(2?172-2?465?nt)、V1(309-1?085?nt)和V2(149-499?nt)。

2.2?TYLCVAbu與其他菜豆金色黃花葉病毒屬病毒的相似性分析

利用SDT?version軟件將擴(kuò)增獲得的序列與多種菜豆金色黃花葉病毒屬病毒進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)分離物TYLCVAbu與TYLCV的相似性均在98%以上,其中與分離物TYLCVKSQ13(GenBank登錄號(hào)KC428753)的相似性最高,達(dá)到9899%(圖3,表2)。按照菜豆金色黃花葉病毒屬病毒分類標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)DNAA組分的核苷酸相似性大于91%時(shí),則被認(rèn)為是同一種病毒;當(dāng)同種成員之間其核苷酸相似性低于94%的時(shí)候,則認(rèn)為這些成員屬一種病毒的不同株系;而當(dāng)大于94%時(shí)則被認(rèn)為是同一株系。對(duì)照該標(biāo)準(zhǔn),本研究從苘麻樣品中分離到的病毒是TYLCV的1個(gè)分離物。

進(jìn)一步利用DNAMAN?80軟件對(duì)獲得的分離物TYLCVAbu與其他菜豆金色黃花葉病毒屬病毒進(jìn)行相似性分析,發(fā)現(xiàn)TYLCVAbu不同編碼區(qū)與其他菜豆金色黃花葉病毒屬病毒的相似性有所不同(表2)。其中TYLCVAbu分離物C1氨基酸序列與TYLCV分離物1906相似性最高,為9944%,核苷酸序列與TYLCV分離物KSQ13同源性最高,為9953%;C2氨基酸和核苷酸序列均與TYLCV分離物KSQ13相似性最高,為10000%;C3氨基酸、核苷酸序列與TYLCV分離物1906、KSQ13相似性最高,分別為9925%和9975%;C4氨基酸、核苷酸序列與TYLCV分離物KSQ13、1906、Homra相似性最高,分別為9794%和9932%;V1氨基酸、核苷酸序列與TYLCV分離物1906相似性最高,分別為9884%和9871%;V2氨基酸、核苷酸序列與TYLCV分離物1906相似性最高,分別為9914%和9915%。

2.3?TYLCVAbu與其他雙生病毒全基因組的進(jìn)化及重組分析

利用MEGA?70軟件構(gòu)建分離物TYLCVAbu與菜豆金色黃花葉病毒屬其他病毒的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)(圖4),馬鈴薯X病毒(potato?virus?X,PVX)為屬外分離物,結(jié)果發(fā)現(xiàn)TYLCVAbu與其他3個(gè)TYLCV分離物聚集于1個(gè)大分支中,而與TYLCV分離物KSQ13聚集于1個(gè)小分支,與TYLCV分離物KSQ13親緣關(guān)系更為接近,說(shuō)明TYLCVAbu是TYLCV的一個(gè)分離物。

采用RDP?4軟件對(duì)分離物TYLCVAbu和其他雙生病毒進(jìn)行重組分析。以RDP、GENECONV、MaxChi、Chimaera、Bootscan、3Seq和SiScan這7種方法進(jìn)行重組分析,發(fā)現(xiàn)LARD、GENECONV、Bootscan和3Seq的P值分別為1740×10-50、1992×10-13、9734×10-8和4106×10-4。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示TYLCVAbu是重組病毒,其主要親本為T(mén)YLCVF(GenBank登錄號(hào)KY971326),次要親本為T(mén)YLCVKSQ13(GenBank登錄號(hào)KC428753),其發(fā)生重組的區(qū)域?yàn)榛蚪M的2?617-2?782?nt區(qū)域(表3)。

3?結(jié)論與討論

近年來(lái),雙生病毒的危害越來(lái)越嚴(yán)重,已在許多經(jīng)濟(jì)作物、糧食作物、花卉、中藥材等諸如蘋(píng)果、大豆、鳳仙花、蜀葵等植物上檢測(cè)到雙生病毒的侵染[1517]。本研究從山西苘麻樣品中鑒定到菜豆金色黃花葉病毒屬番茄黃化曲葉病毒的一個(gè)分離物TYLCVAbu,其與TYLCVKSQ13(GenBank登錄號(hào)KC428753)核苷酸相似性最高。

TYLCV是一種單組分雙生病毒,是全球最具破壞性的植物病原物之一。番茄黃化曲葉病毒最初于1950年代在以色列約旦河谷的番茄上被發(fā)現(xiàn)[18]。迄今我國(guó)已經(jīng)鑒定出約415個(gè)具有全長(zhǎng)核苷酸序列的TYLCV分離物,遍布于中國(guó)大部分省份。同時(shí)TYLCV的寄主范圍也尤為廣泛,目前已在16科49種植物中檢測(cè)到該病毒[19]。番茄、辣椒、豇豆、煙草、南瓜、棉花、秋葵、茄子和藿香等多種經(jīng)濟(jì)作物相繼檢測(cè)到被該種病毒侵染[20]。本研究是首次對(duì)中國(guó)苘麻T(mén)YLCV分離物(TYLCVAbu)進(jìn)行全基因組序列分析的報(bào)道。

目前,已在多種錦葵科植物上檢測(cè)到雙生病毒,如Azeem等發(fā)現(xiàn)蜀葵被木爾坦棉花曲葉病毒(cotton?leaf?curl?Multan?virus,?CLCuMuV)侵染[21];董迪等在廣東采集的黃秋葵樣品上[22],毛明杰等在廣州朱槿樣品上[23],高國(guó)龍等在新疆棉花樣品上[24],湯亞飛等在廣州垂花懸鈴花樣品上均檢測(cè)到了CLCuMuV[25];張婧發(fā)現(xiàn)中國(guó)番茄黃化曲葉病毒(tomato?yellow?leaf?curl?China?virus,?TYLCCNV)和云南賽葵黃脈病毒(malvastrum?yellow?vein?Yunnan?virus,?MYVYNV)能夠侵染四川錦葵[26];李文紅等在云南采集的圓葉錦葵上檢測(cè)到MYVYNV[9]。張升等雖然在新疆苘麻上檢測(cè)到了TYLCV的侵染,但是并未對(duì)TYLCV的全基因組進(jìn)行擴(kuò)增和序列分析[27]。本研究發(fā)現(xiàn)山西晉中地區(qū)表現(xiàn)皺縮、花葉癥狀的苘麻為T(mén)YLCV所侵染,并擴(kuò)增獲得了TYLCV苘麻分離物的全長(zhǎng)序列(GenBank登錄號(hào)OP293347)。經(jīng)RDP軟件分析發(fā)現(xiàn),其潛在的親本分別為T(mén)YLCVF(GenBank登錄號(hào)KY971326)和TYLCVKSQ13。本文是首次對(duì)中國(guó)苘麻T(mén)YLCV分離物(TYLCVAbu)進(jìn)行全基因組序列分析,為下一步病毒病害有效防控提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

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(責(zé)任編輯:楊明麗)

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