萝卜属和芸薹属中的种传双链RNA病毒的研究

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病毒和宿主在长期的互作博弈过程中,形成了急性侵染和慢性侵染两类。关于持续的慢性侵染的研究,一直以来被人们所忽视,但近年来相关研究日渐增多。这类不引起明显症状的持续侵染相关的病毒中,报道最早也最多的是一大类主要侵染真菌和植物、甚至某些动物的基因组为dsRNA病毒。目前,此类病毒来自不同的科属,分属于整体病毒科(Totiviridae)、双分病毒科(Partitiviridae)、青霉病毒科(Chrysoviridae)和内生RNA病毒科(Endornaviridae)以及最近新划分出的小双RNA病毒(Picobirnaviradae)等4个科。植物中此类病毒被称为隐潜性病毒,此前有证据表明芸薹属作物中可能存在隐潜性病毒,且萝卜中已有多种双分病毒被报道。本论文通过dsRNA诊断技术对萝卜属和芸薹属种的种传隐潜性dsRNA病毒进行了调查,并建立了基于不同品种dsRNA多样性差异表征宿主群体遗传多样性的分子标记方法。并且我们获得了萝卜属和芸薹属中相关病毒的全基因组序列,且对其分类学地位和进化关系进行了探讨。具体研究结果如下:1、通过对芸薹属和萝卜属7个种26个不同品种带种传dsRNA情况进行诊断调查,共发现五类不同的dsRNA,且通过低温处理和组织培养再生均无法从植物体内消除,台盼蓝染色光镜观察叶片组织,未发现内生真菌和共生菌,这些均表明这些dsRNA来自植物本身而非真菌。根据大小和带型关系,这些dsRNA分别命名为ds1500, ds1600, ds1800, ds1900和ds3500,推测至少对应于5类不同的种传RNA病毒。不同种、乃至不同品种、以及同品种内的不同个体间携带dsRNA类型存在着差异,我们对这种差异性进行了统计分析,发现萝卜属各品种间和内部的dsRNA带型多样性远高于芸薹属,且ds1800, ds1900均只特异性的出现在萝卜属中;ds1500几乎存在于所有芸薹属和萝卜属品种,ds3500在某些萝卜属品种和一部分芸薹属作物中均有出现。2、利用不同品种和种之间dsRNA多态性的差异作为宿主遗传距离分析的分子标记,发现基于品种间dsRNA带型差异的聚类分析仅能很好的区分属水平的类群,而种内多样性指标聚类以及品种dsRNA差异和种内多样性两类指标的综合运用在区分属水平上的类群的同时,也能区分萝卜各品种和部分芸薹属品种,且可靠程度更高。由于萝卜各品种间以及品种内dsRNA带型的高多样性,基于带型多态性的宿主遗传多样性分析对于区分萝卜种质资源十分有益。芸薹属类群dsRNA带型相对萝卜属单一,此类群内的种质无法运用此方法准确区分,但是可有效筛选某些可能和萝卜属有着最近共同细胞型祖先的品种,这些对于芸薹属和萝卜属种质资源、遗传结构和进化关系的研究提供了一个全新的视角和分析依据。而且我们的研究结果和萝卜的杂交起源假说是一致的。3、通过ds3500对应的dsRNA进行全序列克隆测定,发现其由三条大小分别为3638,3517和3299bp的dsRNA分子组成,三者具有保守的末端非编码区,且各含有一个大的开放阅读框,分别编码和青霉病毒科关系较近的病毒复制酶,外壳蛋白和蛋白酶。含有ds3500的短叶13萝卜叶片中可以提取到直径约45nm病毒粒子,从病毒粒子中提取基因组核酸杂交验证了这3条dsRNA即为这一新病毒的基因组。台盼蓝染色未发现与D13共生的真菌,低温处理未能消除此病毒,这些均表明,这个病毒为侵染萝卜的青霉病毒而不是来自其共生菌,因此我们把它命名为萝卜青霉病毒1(Raphanus sativus chrysovirus1, RasCV1)。基于3条序列与其它已报道的青霉病毒和NCBI genbank数据库潜在的青霉病毒序列的系统发生分析发现,RasCVl应被归类到青霉病毒科,且RasCVl和其他可能的未报道的存在于植物的青霉病毒(包括通过本研究检索到的相关序列信息)形成一个新的类群。我们利用RasCVl的3条基因组序列对NCBI genbank数据库和表达序列标签数据库检索分析发现,青霉病毒类病毒可能广泛存在于单子叶植物和双子叶植物,而且某些病毒的基因组片段整合进了宿主基因组DNA。RasCVl是第一个公开报道的分离自植物的青霉病毒科病毒。4、为了充分认识广泛存在于芸薹属和萝卜属中的大小在1500-2000bp的dsRNA对应的病毒,为研究病毒在芸薹属作物中的传播和与宿主作物的互作奠定基础,我们通过单引物扩增技术获得了萝卜中ds1900对应的病毒的基因组,获得了菜薹ds1500对应病毒的外壳蛋白全序列,以及克隆了临洮白芥中ds1600对应的病毒的全基因组序列。推测编码蛋白后,对Genbank数据库的进行搜索获得相似序列,然后进行比较与分析,预测目的序列所编码蛋白的功能。分析发现这些序列对应的三种不同的双分病毒,分别命名为Raphanus sativus partitivirus1, Brassica rapa cryptic virus1和Sinapis alba cryptic virus1,系统发生分析表明三者的亲缘关系均相对较远,分属于双分病毒科不同亚族。5、一般双分病毒的基因组由两条分别编码病毒复制酶和外壳蛋白dsRNA组成。近年来,多种由3条基因组dsRNA组成的三分体双分病毒被发现,但第三条dsRNA的起源很少提及。我们对五种已报道的三分体双分病毒的第二条dsRNA (dsRNA2)和第三条dsRNA (dsRNA3)的开放阅读框和编码的蛋白序列进行比对系统发生分析表明,发现同种病毒的dsRNA2和dsRNA3有着很高的相似关系,即它们两两聚合在一起,而不是dsRNA2和dsRNA3分别聚类为两大不同分支。这表明,dsRNA3和dsRNA3有着最近的同源关系,即起源于同一个祖先。最后,根据共侵染病毒重配的特性,我们提出了第三条dsRNA分化起源模型,揭示了双分病毒的一种进化路径。
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