湯亞飛 李正剛 佘小漫 于琳 藍國兵 李戰彪 何自福



摘要
番茄斑駁花葉病毒?(tomato?mottle?mosaic?virus,?ToMMV)是2013年發現的煙草花葉病毒屬一個新種,目前在多國(地區)有發生。本文采用小RNA深度測序及RTPCR檢測方法在廣東省廣州市南沙區辣椒疑似病樣中檢測到ToMMV,命名為番茄斑駁花葉病毒廣東分離物(ToMMVGD2020)。采用RTPCR分段擴增獲得了ToMMVGD2020的基因組全序列,該分離物基因組全長6?399?nt,包含4個開放閱讀框,分別編碼4個蛋白。序列相似性分析表明,ToMMVGD2020與已登錄GenBank的14個ToMMV分離物基因組序列相似性分別為99.0%~99.7%,其中與中國遼寧分離物ToMMVLN(GenBank登錄號:MN853592)的相似性最高(99.7%),與危害我國番茄、同屬煙草花葉病毒屬的番茄花葉病毒?(tomato?mosaic?virus,?ToMV)、番茄褐色皺果病毒?(tomato?brown?rugose?fruit?virus,?ToBRFV)代表分離物的相似性分別為84.6%和81.0%。系統進化分析表明,ToMMVGD2020與該病毒各分離物親緣關系均較近,與中國遼寧分離物親緣關系最近。利用ToMMV的PCR特異引物對廣東其他6個市采集的67份辣椒疑似病毒病樣品進行檢測,結果均為陰性,這說明ToMMV目前還是局部危害廣東省辣椒。本文是首次報道在廣東發現ToMMV,對監測ToMMV在我國的擴散具有重要意義。
關鍵詞
番茄斑駁花葉病毒;?辣椒;?分子鑒定;?病毒基因組序列
中圖分類號:
S?436.412.11
文獻標識碼:?A
DOI:?10.16688/j.zwbh.2022085
First?report?of?tomato?mottle?mosaic?virus?in?Guangdong?province?of?China
TANG?Yafei1,?LI?Zhenggang1,?SHE?Xiaoman1,?YU?Lin1,?LAN?Guobing1,?LI?Zhanbiao2*,?HE?Zifu1*
(1.?Plant?Protection?Research?Institute,?Guangdong?Academy?of?Agricultural?Sciences,?Guangdong?Provincial?Key
Laboratory?of?High?Technology?for?Plant?Protection,?Guangzhou?510640,?China;?2.?Plant?Protection?Research
Institute,?Guangxi?Academy?of?Agricultural?Sciences,?Guangxi?Key?Laboratory?for?Biology?of?Crop?Diseases?and
Insect?Pests,?Nanning?530007,China)
Abstract
Tomato?mottle?mosaic?virus?(ToMMV)?was?a?novel?species?belonging?to?Tobamovirus?genus?discovered?in?2013.?At?present,?ToMMV?has?occurred?in?many?countries?(regions).?In?this?paper,?ToMMV?was?detected?in?disease?pepper?samples?collected?from?Nansha?district,?Guangzhou?city,?Guangdong?province,?using?small?RNA?deep?sequencing?and?RTPCR?techniques.?The?isolate?was?named?as?tomato?mottle?mosaic?virus?Guangdong?isolate?(ToMMVGD2020).?The?whole?genome?sequence?of?ToMMVGD2020?was?obtained?by?RTPCR.?The?whole?genome?of?this?isolate?was?6?399?nt?in?length?and?contained?four?open?reading?frames,?encoding?four?proteins,?respectively.?The?whole?genome?sequence?of?ToMMVGD2020?shared?99.0%-99.7%?nt?identities?with?other?isolates?of?ToMMV?deposited?in?GenBank,?with?the?highest?nt?identity?to?the?isolate?Liaoning?(GenBank?accession?number:?MN853592)?at?99.7%,?shared?84.6%?and?81.0%?nt?identities?with?tomato?mosaic?virus?(ToMV)?and?tomato?brown?rugose?fruit?virus?(ToBRFV),?which?belonged?to?the?genus?Tobamovirus,?respectively.?Phylogenetic?analysis?showed?that?ToMMVGD2020?shared?more?relationship?with?each?of?ToMMV?isolates,?and?the?closest?relationship?with?Liaoning?isolate?of?ToMMV.?ToMMV?was?not?detected?in?67?diseased?pepper?samples?collected?from?other?six?cities?in?Guangdong?province.?The?result?indicated?that?ToMMV?infected?peppers?locally?in?Guangdong?province.?This?is?the?first?report?of?ToMMV?in?Guangdong?province,?which?is?great?significance?for?monitoring?the?spread?of?ToMMV?in?China.
Key?words
tomato?mottle?mosaic?virus;?pepper;?molecular?identification;?virus?genome?sequence
辣椒Capsicum?annuum?L.是一種重要蔬菜作物和調味品。據國家大宗蔬菜產業技術體系統計,近年來辣椒種植面積穩定在210萬hm2以上,占全國蔬菜總播種面積的9.28%,已成為種植面積最大的蔬菜作物[1]。病毒病是辣椒生產上的主要病害,在全球各辣椒產區普遍發生,嚴重影響辣椒的產量與品質。廣東省是我國辣椒生產大省之一,年種植面積約10萬hm2,其中冬種面積超過70%。病毒病每年給廣東辣椒生產造成不同程度的損失,危害辣椒的病毒種類眾多,世界各地已報道危害辣椒的病毒有70種以上,而我國發現至少有37種[2]。關于危害廣東辣椒的病毒種類,前人利用鑒別寄主、血清學及RTPCR等技術從廣東辣椒病樣中檢測到黃瓜花葉病毒(cucumber?mosaic?virus,?CMV)、煙草花葉病毒(tobacco?mosaic?virus,?TMV)、馬鈴薯Y病毒(potato?virus?Y,?PVY)等13種[36]。本團隊利用小RNA深度測序及RTPCR檢測技術,鑒定出侵染廣東辣椒的病毒有14種,分別為CMV、TMV、PVY、辣椒輕斑駁病毒(pepper?mild?mottle?virus,?PMMoV)、甜椒內源RNA病毒(bell?pepper?endornavirus,?BPEV)、煙草輕型綠花葉病毒(tobacco?mild?green?mosaic?virus,?TMGMV)、辣椒脈斑駁病毒(chilli?veinal?mottle?virus,?ChiVMV)、辣椒黃脈病毒1?(pepper?vein?yellow?virus?1,?PeVYV1)、甜椒斑駁病毒(pepper?veinal?mottle?virus,?PVMV)、辣椒環斑病毒(chilli?ringspot?virus,?ChiRSV)、辣椒黃脈病毒6?(pepper?vein?yellow?virus?6,?PeVYV6)、辣椒褪綠病毒(capsicum?chlorosis?virus,?CaCV)、蠶豆萎蔫病毒2號(broad?bean?wilt?virus?2,?BBWV2)、辣椒隱癥病毒1?(pepper?cryptic?virus?1,?PCV1),且復合侵染很普遍[7]。
番茄斑駁花葉病毒tomato?mottle?mosaic?virus(ToMMV)屬植物桿狀病毒科Virgaviridae煙草花葉病毒屬Tobamovirus成員,是一種(+)ssRNA病毒,基因組全長約為6.4?kb,主要侵染番茄、辣椒、茄子等茄科作物,引起植株表現斑駁、花葉、生長緩慢等癥狀,嚴重影響產量和品質。ToMMV最先發現于墨西哥番茄上[8],隨后在中國[910]、美國[11]、以色列[12]、西班牙[13]、巴西[14]等國家也相繼報道發現該病毒危害番茄、辣椒。在我國,最先發現危害云南的辣椒[9],截至目前,海南、云南、湖南、遼寧、山東、河南、河北、陜西、西藏和內蒙古等?。ㄗ灾螀^)的番茄、辣椒、茄子等茄科作物已受到該病毒的危害,該病毒已在我國擴散和流行,極有可能成為危害茄科作物的主要病毒之一[1516]。目前,GenBank數據庫中已登錄有來自墨西哥、美國、巴西、荷蘭、西班牙和中國6個國家的14個ToMMV分離物的全基因組序列,包括來自中國海南和遼寧的2個番茄分離物、云南和西藏的2個辣椒分離物全基因組序列。
2020年,作者團隊對危害廣東省辣椒的病毒種類進行監測與鑒定,首次在廣州市南沙區辣椒病樣中檢測到ToMMV,進一步對ToMMV廣東分離物的全基因組進行了克隆與序列分析,同時對廣東省其他地區辣椒病樣進行分子檢測,以期監測該病毒并為該病毒病的防控提供科學依據。
1?材料與方法
1.1?材料
供試樣品:2019年-2021年,從廣東省辣椒產區采集田間表現花葉、斑駁、環斑、皺縮、褪綠等癥狀疑似病毒病的辣椒葉片樣品77份,其中湛江19份、茂名9份、韶關16份、肇慶8份、河源7份、佛山8份、廣州10份,置于-80℃冰箱保存待用。
主要試劑和儀器:植物RNA提取試劑RNAiso?Plus、反轉錄試劑盒(PrimeScript?Ⅱ?1st?Strand?cDNA?Synthesis?Kit)、Premix?TaqTM?(Ex?TaqTM?Version?2.0?plus?dye)和pMD?19T?Vector購自寶生物工程(大連)有限公司;瓊脂糖凝膠回收試劑盒(GeneJET?Gel?Extraction?Kit)購自美國Thermo賽默飛公司;大腸桿菌Escherichia?coli?T1化學感受態細胞購自北京全式金生物技術有限公司;T100TM?Thermal?cycler?PCR儀、Universal?HoodⅡ凝膠成像系統以及電泳儀均購自美國BIORAD公司;植物組織自動研磨儀MM400購自德國Retsch(萊馳)公司。
1.2?小RNA深度測序和分析
對2020年6月從廣東省廣州市南沙區萬頃沙鎮采集的10份辣椒病葉混合成2份樣品進行小RNA深度測序。采用TRIzol方法提取待測樣品總RNA,構建滿足Illumina平臺測序的小RNA文庫,通過Illumina?nextseq?500測序儀進行深度測序;應用Cutadapt[17]和質量分數預處理方法對原始數據進行去除接頭序列等預處理,然后對預處理后的數據采用SPAdes[18]拼接;利用BLAST程序將拼接序列與GenBank數據庫中的已知病毒基因組序列進行相似性比對,根據相似性結果初步判斷樣品中存在的病毒。上述深度測序和分析由生工生物工程(上海)股份有限公司完成。
1.3?RTPCR擴增驗證
根據小RNA深度測序獲得病毒序列,應用引物在線設計網站(http:∥primer3.ut.ee/)設計引物,檢測ToMMV的引物為ToMMVF:5′CACGCAGAACTACGCTGCGTTGTCCG3′,ToMMVR:
5′CCGGACAACTCAGGTGAATTAAAGTTC3′,擴增的目的片段大小為807?bp;檢測PVMV的引物為PVMVF:
5′GGTTTGGTGTATAGAAAATGGG3′,PVMVR:5′CAGACTCTATCAGGTGGTATAAC
3′,
擴增的目的片段大小為758?bp;檢測ToMV的引物為ToMVF:5′AAACCGCTTTTTAGCGGCAG3′,ToMVR:5′TATTAATGAGTTTATC
GATCTGTC3′,擴增的目的片段大小為322?bp;引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。以用于小RNA深度測序的單個病樣為模板,采用Trizol法分別提取10份待測辣椒病葉的總RNA,進一步用隨機引物(大連TaKaRa公司)逆轉錄合成cDNA,反應體系和具體方法按照試劑盒說明書操作,然后利用所設計的引物進行PCR擴增。PCR反應體系:反轉錄合成cDNA?1?μL,ExTaq?PCR?MIXER?25?μL,10?μmol/L的上、下游引物各2?μL,加滅菌水至總體積50?μL。反應程序為:94?℃?4?min;94?℃?30?s,55℃?30?s,72?℃?1?min,35個循環;72?℃?10?min。根據擴增產物的大小和產物直接測序結果確定病樣中的病毒種類。
1.4?病毒基因組全長的擴增與測定
通過對登錄在GenBank數據庫中14條ToMMV全基因組序列進行對比,設計4對覆蓋全基因組的引物(表1)。以小RNA深度測序與RTPCR相結合確定存在ToMMV的樣品cDNA為模板,利用所設計覆蓋ToMMV全基因組4對引物分別進行PCR擴增(圖1)。PCR反應體系同1.3,反應程序為:?94?℃?4?min;94?℃?30?s,55?℃?30?s,72?℃?2?min,35個循環;72?℃?10?min。PCR產物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。應用瓊脂糖凝膠回收試劑盒回收PCR擴增產物,純化后連接到pMD19T載體,并轉化大腸桿菌T1感受態細胞。在含100?μg/mL?Amp、40?μL/mL?Xgal的LB固體培養基上37℃倒置培養過夜;每個平板隨機挑取3個陽性克隆送生工生物工程(上海)股份有限公司測序。
1.5?病毒基因組全長序列分析
利用DNAStar軟件的SeqMan對所獲得的基因序列進行拼接,獲得ToMMV基因組全長序列,利用BLAST程序在GenBank數據庫中進行序列相似性搜索,并從GenBank數據庫下載已報道的14個ToMMV分離物及危害我國番茄且同屬于煙草花葉病毒屬的番茄花葉病毒(tomato?mosaic?virus,?ToMV)、番茄褐色皺果病毒(tomato?brown?rugose?fruit?virus,?ToBRFV)代表分離物的全基因組序列,用DNAStar的MegAlign進行序列比較分析,采用MEGA?6.06的鄰接法(neighbor?joining,NJ)構建進化樹,bootstrap檢驗1?000次。
1.6?其他地區病樣的檢測
利用擴增ToMMV的引物ToMMVF/ToMMVR對2019年-2021年從廣東省其他地區采集的67份辣椒病樣進行RTPCR檢測,反應體系和反應程序同1.3。根據PCR檢測確定ToMMV在廣東地區的分布。
2?結果與分析
2.1?小RNA深度測序以及RTPCR驗證結果
2020年6月從廣東省廣州市南沙區采集田間表現花葉、斑駁、葉片皺縮、輕微叢生等典型病毒病癥狀的辣椒樣品10份(圖2),將其混合成2份樣品進行小RNA深度測序。結果顯示,樣品1共獲得17?474?690條reads,除雜后為2?921?707條reads,拼接獲得179個contigs;經與GenBank數據庫中報道的病毒序列進行比對,其中有14條比對到ToMMV,相似性均高于94%~100%,長度為144~1?183?bp,11條比對到ToMV,相似性在97%以上,長度為111~322?bp,6條比對到PVMV,相似性在97%以上,長度為549~4?261?bp。樣品2共獲得16?853?953條reads,除雜后為4?835?767條reads,拼接獲得468個contigs;經與GenBank數據庫中報道的病毒序列進行比對,其中有7條比對到ToMMV,相似性在99%,長度為153~2?529?bp,9條比對到PVMV,相似性在97%以上,長度為235~2?261?bp。測序結果初步表明,廣東廣州南沙辣椒病葉混合樣品中可能含有ToMMV、ToMV、PVMV?3種病毒。
2.2?RTPCR驗證小RNA深度測序結果
利用根據小RNA深度測序獲得病毒序列所設計的檢測ToMMV、ToMV和PVMV特異引物,對廣東省廣州市南沙區萬頃沙鎮2份混合樣品的10份單個樣品分別進行RTPCR檢測,結果顯示:ToMMV、ToMV和PVMV特異引物能從不同的單株病樣中擴增出預期大小的目的條帶(圖3),其中1份病樣為ToMV單獨侵染,1份病樣為ToMV和PVMV復合侵染,2份病樣為ToMMV和PVMV復合侵染,5份樣品為3種病毒復合侵染,還有1份病樣未檢測到這3種病毒。PCR產物測序結果表明,上述3個特異片段分別是對應病毒ToMMV、ToMV和PVMV的基因片段。因此,引起廣東省廣州市南沙區辣椒病毒病的病原至少有ToMMV、ToMV和PVMV?3種病毒,且以復合侵染為主。
2.3?ToMMV廣東分離物的基因組結構
以小RNA深度測序和RTPCR檢測驗證確定含有ToMMV的病樣總RNA為模板,利用設計覆蓋全基因組的4對引物進行分段PCR擴增,均能擴增出預期大小的目的片段(圖4),克隆、測序分析獲得大小分別為1?693、1?717、1?687、1?694?bp的4條片段,進一步通過拼接獲得ToMMV廣東分離物(ToMMVGD2020)基因組全序列大小為6?399?nt(GenBank登錄號:OK180812),包含4個開放閱讀框,分別編碼復制相關蛋白(76-3?426?nt)、復制酶蛋白(76-4?926?nt)、運動蛋白(4?910-5?716?nt)、外殼蛋白(5?719-6?198?nt)。
2.4?ToMMV廣東分離物的基因組全長序列分析
BLAST結果顯示,與ToMMVGD2020基因組全序列具有較高相似性的序列均為ToMMV分離物。采用MegAlign的Clustal?W方法比較結果表明(表2),ToMMVGD2020與登錄GenBank的ToMMV?14個分離物全基因組核苷酸序列相似性為99.0%~99.7%,其中與中國遼寧分離物ToMMVLN(GenBank登錄號:MN853592)的相似性最高,為99.7%,而與危害我國番茄、同屬煙草花葉病毒屬的ToMVSGZZ(GenBank登錄號:KY967221)、ToBRFVSD(GenBank登錄號:MT018320)的相似性分別為84.6%和81.0%。
對ToMMVGD2020、已登錄GenBank的14個ToMMV分離物、ToMVSGZZ和ToBRFVSD的全基因組序列構建系統進化樹,結果顯示(圖5),ToMMVGD2020與來自墨西哥、中國、美國、巴西、荷蘭、西班牙6國的14個ToMMV分離物聚集在一個大分支上,其中與來自中國遼寧的LN分離物聚集在一個小分支,二者親緣關系最近,而與危害我國番茄的同屬病毒ToMVSGZZ和ToBRFVSD親緣關系較遠。
2.5?廣東其他地區辣椒疑似病毒病樣品檢測結果
利用ToMMV的檢測引物ToMMVF/ToMMVR對2019年-2021年從廣東省湛江、茂名、韶關、肇慶、河源、佛山6個市采集的67份辣椒病樣進行RTPCR擴增,均未擴增出目的片段,該結果初步表明ToMMV目前是在局部地區危害廣東省辣椒。
3?結論與討論
本文應用小RNA深度測序與RTPCR檢測相結合的方法在廣東辣椒病樣中檢測到ToMMV,該病毒分離物基因組全長為?6?399?nt,與國際上已報道的14個ToMMV分離物基因組核苷酸序列相似性均超過99.0%,但在廣東7個市辣椒產區病樣中僅廣州市南沙區檢測發現該病毒。這是在廣東首次發現該病毒。
ToMMV是2013年發現的煙草花葉病毒屬一個新種,目前已在多國有發生和分布。在我國,2014年首次在辣椒上檢測到該病毒,目前在我國至少10個省(自治區)已有發生,可見該病毒擴散速度快,存在發生流行的趨勢[16]。2013年-2016年,本團隊利用小RNA深度測序技術對侵染危害廣東辣椒的病毒進行調查與鑒定,從廣東各地采集的辣椒病樣中檢測到14種病毒,但未檢測到ToMMV[6]。此后,本團隊持續監測辣椒病毒病發生動態。2020年,在廣州市南沙區辣椒產區病樣中檢測到ToMMV,說明ToMMV已擴散傳播到廣東省,并危害辣椒。
本文采用分段擴增、克隆獲得了ToMMV廣東分離物的基因組全長序列,該序列與國際上已報道的ToMMV各分離物間相似性均在99.0%以上;同時,ToMMV各分離物基因組序列相似性也均在99.0%以上,說明該病毒高度保守。這對開展抗病資源篩選與抗病品種選育十分有利。
ToMMV可通過汁液摩擦傳播,也可通過種子帶毒傳播[19]。該病毒自然條件下可侵染番茄、辣椒等茄科作物;人工接種條件下除茄科作物外,還可以侵染葫蘆科、豆科、十字花科等多種作物,且致病性比同屬的TMV更強,接種植株癥狀更嚴重[20],而且ToMMV比ToMV的寄主范圍更廣,侵染性更強[21]??梢姡琓oMMV的潛在危害性很大。2014年首次在云南辣椒上檢測到該病毒以來,ToMMV目前已在我國多個?。ㄗ灾螀^)發生,呈現流行與擴散的趨勢,很有可能將成為危害我國蔬菜作物的主要病毒。本研究僅在廣東省廣州市南沙區辣椒上檢測到ToMMV,至于其是否危害其他作物及擴散動態,還有待于進一步監測。
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(責任編輯:田?喆)