中国蔗区甘蔗花叶病病毒的发生分布及其群体遗传进化分析

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花叶病是甘蔗主要病害之一,在世界范围内普遍发生。引起甘蔗花叶病的病毒种类至少有4种,包括来自马铃薯病毒科马铃薯病毒属的甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus,SCMV)和高粱花叶病毒(Sorghum mosaic virus,Sr MV),禾本科病毒属的甘蔗条纹花叶病毒(Sugarcane streak mosaic virus,SCSMV),以及南方菜豆一品红花叶病毒科马铃薯卷叶病毒属的玉米黄花叶病毒(Maize yellow mosaic virus,Ma YMV)。本研究从我国8个省区24个县市采集了有花叶病症状的甘蔗叶片样品901份,利用4对特异性引物对上述4种病毒进行RT-PCR分子检测。另外,分别克隆了4种病毒部分样品的RT-PCR检测片段序列,其中SCMV、Sr MV和SCSMV CP片段分别为132条、265条和86条,Ma YMV ORF2-3片段38条。此外,还克隆了3条大小为5642 bp的Ma YMV全长基因组序列。基于这些序列和Gen Bank数据库中下载的参考序列对这4种病毒的遗传多样性和群体遗传进化进行系统分析。得出以下研究结果:RT-PCR分子检测结果显示,在901份样品中,4种病毒检出率为81.1%,其中Sr MV检出率最高,为70.1%;其次为SCMV和SCSMV,检出率分别为33.4%和30.3%;Ma YMV检出率最低,仅为5.1%。2种或2种以上的病毒混合侵染率高达52.2%。从寄主来看,糖料蔗以Sr MV侵染为主,检出率达72.3%;果蔗以SCMV侵染为主,检出率达77.4%。序列一致性分析结果表明,SCMV、Sr MV和SCSMV检测片段核苷酸序列一致性分别为66.2~100%、71.3~100%和88.3~100%,Ma YMV基因组核苷酸序列一致性为94.1~100%;四种病毒均具有较高的遗传变异。重组分析结果表明,SCMV检测片段序列存在2个潜在的重组事件,Sr MV检测片段序列存在1个潜在的重组事件,Ma YMV基因组序列存在7个潜在的重组事件。系统进化分析结果表明,217个供试SCMV分离物分为5个进化组群,306个供试Sr MV分离物分为12个进化组群,119个供试SCSMV分离物分成6个进化组群。另外,基于82条检测片段或46条全长基因组序列均可将Ma YMV分离物分成3个进化组群,分别为中国组、非洲组和南美洲组。中性检测和选择压力分析结果表明,4个病毒群体均遵循中性进化模型。SCMV、Sr MV和SCSMV检测片段均以负向选择为主;Ma YMV基因组中除了MP基因为正向选择外,其他5个基因均为负向选择。遗传分化和基因流分析结果显示,寄主隔离、地理隔离分别是促进SCMV和Sr MV、Ma YMV发生群体遗传分化的主要因素,然而SCSMV群体结构的形成与寄主和地理因素的相关性不明显。此外,基于46条Ma YMV全长基因组序列分析发现,Ma YMV基因组ORF0、ORF3和ORF4序列较保守,ORF1和ORF5序列有较高变异。综上所述,本研究系统研究了中国蔗区甘蔗花叶病病毒种类、发生和分布情况,并分析了4种病毒的分子变异和群体遗传进化机制,该结果丰富了全球甘蔗花叶病病毒的遗传进化信息,也为我国花叶病的防控提供参考。
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