美国斑豆和菜豆菌核病菌中真菌病毒的多样性

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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种世界范围内分布的毁灭性病原真菌,可危害包括大豆、油菜、向日葵等重要经济作物在内的700多种植物,每年因核盘菌导致的作物菌核病会导致严重的经济损失。真菌病毒是在真菌细胞中复制和增殖的病毒,种类繁多,分布广,其中引起弱毒特性的真菌病毒具有良好的生防潜力。因此在核盘菌中挖掘真菌病毒资源,对作物菌核病的生物防治意义重大,也为研究病毒的分类、进化和生态提供新的思路和见解。从分离自美国华盛顿州斑豆(Phaseolus vulgaris cv.Pinto)和菜豆(Phaseolus vulgaris L.)罹病植物的核盘菌菌核中纯化培养超过2000株核盘菌菌株,从中筛选280株菌落形态异常菌株进行宏病毒组测序分析,获得111条与病毒相关Contigs,通过RT-PCR验证,鉴定为33种真菌病毒,其中14种病毒被认定为新发现的病毒。本研究发现的33种隶属于9个病毒科,即Alphaflexiviridae(1种)、Botourmiaviridae(6种)、Deltaflexiviridae(1种)、Hypoviridae(3种)、Mitoviridae(17种)、Narnaviridae(1种)、Tombusviridae(1种)、Tymoviridae(1种)和Mymonaviridae(2种),其中隶属于Mitoviridae科的病毒占比高达51.5%。有趣的是,还发现了部分Contigs(12.6%)与感染灰霉菌(B.cinerea)、霜霉菌(Plasmopara viticola)和壳球孢菌(Macrophomina phaseolina)等真菌的病毒序列信息的一致性高于90%,预示来自不同真菌寄主的病毒群体可能存在跨属及属级别以上的传播现象。从14种新发现的病毒中选取了核盘菌减病毒9(Sclerotinia sclerotiorum hypovirus 9,Ss HV9)、核盘菌欧尔密样病毒19(Sclerotinia sclerotiorum ourmia-like virus 19,Ss OLV19)、核盘菌欧尔密样病毒20(Sclerotinia sclerotiorum ourmia-like virus 20,Ss OLV20)和核盘菌裸露病毒4-U(Sclerotinia sclerotiorum narnavirus 4-U,Ss NV4-U)等4种病毒进行研究,发现病毒Ss HV9和Ss NV4-U存在于菌株GB375,病毒Ss OLV19存在于菌株PB821,病毒Ss OLV20存在于菌株GB334。利用末端克隆获取病毒的全长基因组序列,并对病毒的基因组结构和系统发育树进行分析。发现Ss HV9全长14067 nt,3?末端具poly(A)结构,包含1个4196 aa大ORF推定编码含有蛋白酶、DUF3525未知蛋白、Rd Rp和RNA解旋酶等4个保守结构域;系统发育分析显示Ss HV9与Trichoderma asperellum hypovirus 1的亲缘关系较近,属于Hypoviridae科alphahypovirus属。Ss OLV19和Ss OLV20全长分别为2697 nt和3890 nt,均包含1个ORF,分别编码705 aa和917 aa大小Rd Rp;基因组5?与3?末端分别含有连续的鸟嘌呤核苷(G)与胞嘧啶核苷(C),该特征与最近报道的Sclerotinia sclerotiorum ourmia-like virus 4类似,系统发育分析表明Ss OLV19和Ss OLV20位于Botourmiaviridae两个不同属:Magoulivirus和暂定属Penoulivirus,且Ss OLV20是目前在核盘菌中已报道的基因组最大的真菌欧尔密样病毒;Ss NV4-U全长3106 nt,包含1个完整ORF推定编码987 aa大小Rd Rp,系统发育分析显示与Narnaviridae成员聚为一支。对携带Ss HV9和Ss NV4-U的菌株GB375、携带Ss OLV19的菌株PB821及携带Ss OLV20的菌株GB334的生物学特性进行了初步研究。发现菌株GB334和GB375的菌落形态异常,菌丝生长缓慢,菌丝尖端弯曲,产酸受抑,致病力衰退,而菌株PB821与对照菌株1980相比差异不显著。菌株GB334、GB375和PB821中分别含有10种、13种和7种病毒,其中感染菌株GB375的病毒隶属于Botourmiaviridae、Hypoviridae、Mitoviridae、Narnaviridae及Mymonaviridae等5个科,感染菌株GB334的病毒隶属于Botourmiaviridae、Hypoviridae、Mitoviridae及Mymonaviridae等4个科,感染菌株PB821的病毒隶属于Botourmiaviridae、Hypoviridae及Mitoviridae等3个科,上述3个菌株均携带病毒Sclerotinia sclerotiorum hypovirus 7,Sclerotinia sclerotiorum hypovirus 7satellite-like RNA,Sclerotinia sclerotiorum mitovirus 9-U和Sclerotinia sclerotiorum mitovirus 11-U。采用原生质体再生结合利巴韦林脱毒的方法,对病毒感染的异常菌株与病毒之间的关系进行了研究。然而,通过两轮脱毒试验,只有存在于菌株GB375中病毒SsHV9可能被脱去,且通过RT-PCR检测,仅有2株再生菌株GB375/19 a和GB375/19 b未检测到病毒Ss HV9。再生菌株GB375/19 a和GB375/19 b与其亲代菌株GB375的毒力、生长与菌落形态并无显著差异,初步推测Ss HV9不会对寄主的毒力和异常形态产生影响。对共侵染再生菌株GB375/19 a和GB375/19 b的病毒进行了进一步鉴定,结果表明,菌株GB375/19 a和GB375/19 b分别携带10种和11种病毒,包括Botourmiaviridae、Hypoviridae、Mitoviridae、Narnaviridae及Mymonaviridae成员,根据目前研究仅有Sclerotinia sclerotiorum hypovirus 7可能与寄主菌株GB375的低毒现象相关。总之,本研究对来自美国豆类核盘菌进行了宏病毒组分析,解析了4种新发现发生的病毒的基因组序列。研究结果可望丰富人们对病毒多样性的认识,也为病毒与寄主的互作研究提供了新的材料。
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