两种构树双生病毒的分子鉴定与传播方式研究

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构树作为一种多年生木本植物,可用做中药和蔡伦造纸的原料,也可作为牲畜饲料。因其生长周期短、蛋白含量高等特点而用作地方扶贫材料,这一工程也让山西、贵州和河南等10省35县20万人脱贫增收。然而,在构树产业的快速发展过程中对于其上的病虫害研究相对不足,这为构树产业的健康发展埋下了隐患。为了明确构树卷叶病的病原和进一步制定具体防控方案,我们应用宏病毒组测序获得三种病毒片段,田间检测验证两种双生病毒片段与症状密切相关,全基因组克隆获得两个双生病毒基因组全长,并从基因组结构、遗传进化关系以及传播方式等角度进行研究,明确了两个双生病毒的分类地位。本文的主要研究结果如下:1.发现卷叶构树上存在三种病毒,且两种双生病毒与症状相关。对三个卷叶构树样品的转录组(GS-HY,GS-SWU,GS-TL)进行分析发现,构树卷叶样品存在三种病毒片段:细胞质弹状病毒、双生病毒1和双生病毒2,其中GS-TL样品中只含有双生病毒2。通过RTPCR/PCR实验验证三种病原物存在于感病样品中。田间采集91份构树样品,其中81份样品呈现明显卷曲、褪绿的症状,10份样品不表现症状。PCR检测发现,感病的81份样品中,细胞质弹状病毒的检出率仅为24.69%,双生病毒1的检出率为90.12%,双生病毒2的检出率为93.82%。因此,两种双生病毒与卷叶症状存在正相关关系。此外,调查发现两种双生病毒多为复合侵染,且侵染时会加重叶片卷曲症状。2.获得两个双生病毒基因组全长,分析其基因组结构、蛋白功能以及遗传进化关系等分子生物学特征。通过PCR和滚环扩增获得并验证两种单组分的双生病毒,我们分别命名为构树卷叶病毒1(paper mulberry leaf curl virus 1,PMLCV-1)和构树卷叶病毒2(paper mulberry leaf curl virus,PMLCV-2)。其中PMLCV-1基因组全长为3,056 nt,PMLCV-2基因组全长为3,757-3,763 nt。病毒PMLCV-1和PMLCV-2基因组上均含有6个开放阅读框(Open reading frame,ORF),其中病毒链含有4个开放阅读框(V1-V4),互补链含有两个开放阅读框(C1,C1:C2)。ORF V1编码病毒的外壳蛋白(Coat protein,CP),ORFV2编码V2蛋白,ORF V3编码一个序列同源性较低但含有保守跨膜结构域的蛋白,ORF V4编码病毒的运动蛋白(Movement protein,MP),ORFC1与ORF C1:C2分别编码复制相关蛋白A(replication protein A,RepA)和复制相关蛋白(replication protein,Rep)。另外,PMLCV-1的ORFV4与PMLCV-2有较大差异,大小仅为PMLCV-2对应V4的1/3,不具有30K运动蛋白家族的特征。通过小RNA(sRNA)-seq和去除rRNA的转录组测序比对到PMLCV-1和PMLCV-2的互补链转录本,发现了与玉米线条病毒属,伊朗甜菜曲顶病毒属和甜菜曲顶病毒属病毒类似的选择性剪接内含子。遗传进化分析和序列两两比较发现,PMLCV-1和PMLCV-2与柑橘褪绿矮缩病毒(citrus chlorotic dwarf associated virus,CCDaV)和桑花叶型矮缩病毒(mulberry mosaic dwarf associated virus,MMDaV)的亲缘关系最近且归为两支,我们建议将在双生病毒科下成立一个新属,其中一个亚属包括PMLCV-1,MMDaV,一个亚属包括PMLCV-2、CCDaV。3.初步明确PMLCV-1,PMLCV-2的传播方式:PMLCV-1不能通过种子进行传播,PMLCV-2可以通过种子和带毒枝条传播。通过PCR/RT-PCR实验对田间构树上的昆虫介体进行调查,初步确定PMLCV-1,PMLCV-2的候选传播昆虫为斑叶蝉、波宁雅氏叶蝉。收集感病构树上的种子,待其生长至三个月的实生苗时对其携带病毒情况进行检测,发现实生苗中不携带细胞质弹状病毒和PMLCV-1,但携带有PMLCV-2(带毒率12.6%)。使用PMLCV-2全长引物进行全基因组扩增,发现有11个样品均能得到基因组大小的片段,经Sanger测序比对为PMLCV-2序列。选取实生苗Z28进行转录组测序,证明PMLCV-2可以在植物体内进行转录。将实生苗Z28枝条嫁接到健康构树上,六个月后能检测到PMLCV-2的存在,但仍未表现症状,证明PMLCV-2可以在植物体内复制。
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