植物病毒Plant Virus
番茄褐色皱果病毒(tomato brown rugose fruit virus,ToBRFV)是2015年首次报道的一种烟草花叶病毒属病毒,是番茄安全生产的严重威胁。该病毒已经传播到美洲、亚洲和欧洲的十个国家。2019年,ToBRFV在中国山东发生。本论文旨在明确ToBRFV山东分离物(ToBRFV-SD)的症状、寄主范围和分子特性,并建立一种有效的检测方法。田间调查ToBRFV-SD在不同品种的症状表现。将ToBRFV-SD接种辣椒、本氏烟、马铃薯、茄子、中烟102和50个番茄品种,鉴定其寄主范围。分段克隆ToBRFV-SD基因组片段,并测定其序列;利用BioEdit version 7.2.6比对ToBRFV所有分离物的全基因组序列,分析序列一致率;利用MEGA version 10.1.5构建系统发育树。根据ToBRFV、烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)、番茄花叶病毒(tomato mosaic virus,ToMV)和番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus,TSWV)等四种番茄重要病毒基因组的保守区域设计特异性引物,建立四重RT-PCR检测体系。ToBRFV-SD在番茄叶片引起不同程度的花叶和疱斑,在花萼和花梗上引起坏死,在番茄果实上引起畸形、黄斑和褐色皱缩坏死斑。ToBRFV-SD可侵染番茄、辣椒和本氏烟,隐症侵染马铃薯、茄子和烟草品种中烟102。测试的50个番茄品种均不抗ToBRFV-SD。ToBRFV-SD和以色列分离物ToBRFV-IL基因组的核苷酸和氨基酸一致率最高。在基于全基因组序列的系统进化树中,所有ToBRFV分离物聚集到一个分枝,与烟草花叶病毒分枝距离较近。随后,我们建立了四重RT-PCR检测体系,能够通过一个RT-PCR反应,同时检测并区分ToBRFV、TMV、ToMV和TSWV。本研究明确了ToBRFV-SD的症状、寄主范围和分子特性,建立了能区分ToBRFV、TMV、ToMV和TSWV四重RT-PCR检测体系,对指导ToBRFV的早期检测和防控有积极作用。
本研究以感染葡萄斑点病毒(grapevine fleck virus,GFkV)和沙地葡萄茎痘伴随病毒(grapevine rupestris stem pitting-associated virus,GRSPaV)的87-1葡萄试管苗作为试验材料,研究了不同浓度的病毒醚处理(15和25 μg·mL-1; R15和R25)、热处理(37°C; T)以及病毒醚结合热处理(R15+T和R25+T)对葡萄试管苗中两种病毒的脱除效果。处理过程中发现,在R15和R25病毒醚处理的过程中,葡萄试管苗均产生了药害,主要表现为植株长势弱。热处理对葡萄植株的生长具有促进作用。T、R15+T和R25+T三个高温处理中植株的株高显著高于CK、R15和R25三个常温处理的植株株高。此外,两种方法的结合可以降低高温对植株的热损伤,处理结束时T、R15+T和R25+T三个处理的植株死亡率分别为51.4%、11.4%和8.6%。处理结束后切取一定大小的茎尖进行再生,各处理再生植株的存活率均高于68.0%。同时发现,病毒醚的处理时间与再生茎尖的成活率和两种病毒的脱除效率有关。R15+T处理30、40和50 d,植株存活率分别为97.3%、90.7%和74.4%。3个时间段中GRSPaV的脱除率分别为55.6%、84.6%和93.8%。此外,病毒醚的浓度也与两种病毒的脱除效率有关。R25(35/44)处理对GFkV的脱除率比R15(25/45)处理高23.9%,对GRSPaV的脱除率比R15处理高7.0%。对各处理的脱除效率进行分析发现,热处理结合化学处理可以明显促进GFkV和GRSPa的脱除,R25+T处理50天可完全脱除葡萄试管苗中的这两种病毒。
由寄生疫霉(Phytophthora parasitica)引起的柑橘根腐病是柑橘生产上普遍发生、对柑橘危害较为严重的一种病害。本研究的目的是建立一种简易快速的结合侧流层析技术判定结果的重组酶聚合酶扩增(lateral flow strip-based recombinase polymerase amplification, LF-RPA)方法检测寄生疫霉,为诊断和防治寄生疫霉引起的柑橘根腐病提供技术支撑。以Ypt1基因为检测的靶标序列,通过多序列比对分析,设计寄生疫霉的特异性引物和探针,建立并优化LF-RPA检测方法,并与简易核酸提取技术相结合,对该检测方法的特异性、灵敏度和实际应用效果进行评估。对LF-RPA体系中的温度、引物和探针比例、时间进行了优化,使得LF-RPA在40°C孵育温度下反应20分钟后即可肉眼判断检测结果。特异性试验中,LF-RPA能特异性地检测出不同来源的寄生疫霉,而其它亲缘关系相近的卵菌病原菌均未检测出。灵敏度试验结果显示,LF-RPA的最低检测灵敏度为1 pg。为了使LF-RPA检测方法更适宜基层使用,对四种不同的简易核酸提取技术进行了比较评估,发现基于PEG-NaOH的简易核酸提取技术更适合本研究。将LF-RPA与PEG-NaOH核酸提取技术相结合,不需要特定的仪器设备,只需要能维持40°C的保温杯,即可在30分钟内完成从发病植株的核酸提取到结果判定的整个检测过程。利用该方法,成功地从接种寄生疫霉的柑橘叶片、枝条和果实上检测出寄生疫霉;此外也从田间采集的10份柑橘发病样品中检测出其中3份样品含有寄生疫霉本研究成功建立了一种针对寄生疫霉的LF-RPA快速检测方法,该方法与简易核酸提取技术相结合,非常适宜于基层使用,为柑橘根腐病的快速诊断奠定了技术基础。
由核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)引起的豌豆菌核病是我国常见的豌豆病害。然而,我们近期在重庆和四川调查中发现,引起豌豆菌核病的病原菌可有多个核盘菌种。为此,我们对引起重庆和四川豌豆菌核病的病原菌种进行鉴定,以期为病害防控及抗病育种奠定基础。利用常规组织分离方法对采自重庆永川与合川、四川仪陇的病株及菌核进行病原菌分离,对获得的类似核盘菌的真菌分离物用PDA(potato dextrose agar)培养基培养,观察并测量菌落形态、生长速率与菌核大小。利用核糖体基因内转录区(rDNA-ITS)序列和种特异性分子标记进行分离物的分子鉴定。rDNA-ITS序列采用真菌通用引物ITS4/ITS5对分离物基因组DNA进行PCR扩增,种特异性分子标记鉴定分别利用核盘菌、小核盘菌(S. minor)和三叶草核盘菌(S. trifoliorum)特异性引物SMLcc2F/R、SSasprF/R与STCadF/ R对分离物基因组DNA进行PCR扩增,系统发育分析选取10个代表分离物进行ITS序列测序和采用Mega X软件中非加权组平均法(UPGMA)构建系统发育树。致病性测定采用菌丝块接种豌豆植株茎秆方法进行。菌落生长速率和菌核大小差异可将30个分离物区分为“快速生长-中菌核”、“中速生长-小菌核”和“慢速生长-大菌核”3中类型,分别有6个、7个和17个分离物,与已报道的核盘菌属中的核盘菌、小核盘菌和三叶草核盘菌的类似。ITS序列扩增片段将30个分离物分为2个带型,10个代表分离物进一步的系统发育分析表明,2个分离物与小核盘菌(KY550019、MN421822)聚在同一分支,2个分离物与核盘菌(MN216247、MK734068和MF776031)聚在同一分支,6个分离物与三叶草核盘菌(AY187070、AY547267)聚在同一分支。核盘菌种特异性引物扩增结果表明,30个分离物中分别有6、7和17个分离物扩增出小核盘菌、核盘菌和三叶草核盘菌的目标条带。综合形态和分子特征结果,我们确定30个分离物中有6为小核盘菌、7个为核盘菌和17为三叶草核盘菌。致病性测定结果表明,30个分离物对2个豌豆品种均具有致病性,病害症状与田间自然发病症状相似,且从感病植物中分离出病原菌分离物与接种分离物相同。本研究证明重庆市和四川省部分地区的豌豆菌核病有小核盘菌、核盘菌和三叶草核盘菌3种病原菌,其中小核盘菌和三叶草核盘菌引起豌豆菌核病是在我国西南地区首次报道。
马铃薯A病毒(potato virus A,PVA)是马铃薯种植区域侵染马铃薯的常见且经济重要的病毒之一,建立快速、灵敏、高通量的PVA检测技术对防控该病毒病害具有重要意义。本研究利用感染PVA的马铃薯植物中提纯的PVA病毒粒子为免疫原,免疫BALB/c小鼠,经杂交瘤技术获得4株能分泌抗PVA单克隆抗体的杂交瘤细胞株(2D4、8E11、14A6和16H10)。Western blot分析发现,4株单抗均与PVA的假定外壳蛋白亚基有特异性免疫反应。以4株杂交瘤细胞分泌的单抗为核心相继建立了检测马铃薯叶片和马铃薯块茎等中PVA的抗原包被板子酶联免疫吸附试验(antigen-coated plate enzyme-linked immunosorbent assay,ACP-ELISA)、斑点酶联免疫吸附试验(Dot-ELISA)和组织印迹酶联免疫吸附试验(Tissue print-ELISA)三种血清学方法。特异性分析结果表明,ACP-ELISA和Dot-ELISA检测感染PVA马铃薯病叶的灵敏度达到1:327680倍和1:10240倍稀释 (w/v, g/mL)。Tissue print-ELISA是这三种血清学检测方法中最快、最简便的检测技术,更适合现场大规模样品检测。利用建立的三种血清学方法对2019年从云南省和浙江省田间采集的22个马铃薯样品进行检测,发现有3个样品感染PVA。进一步通过RT-PCR检测和PVA CP基因的克隆测序及核酸序列比对证实3种PVA血清学检测方法在马铃薯田间样品调查上的准确性。我们的研究结果表明,灵敏、特异PVA单抗的创制及血清学检测方法的建立在PVA田间检测、病害流行病学的研究、马铃薯无毒种薯的生产方面具有巨大应用潜力。
【目的】马铃薯纺锤形块茎类病毒属的多种类病毒可侵染番茄,造成严重病害,威胁产业发展。研发番茄类病毒检测技术可为病害防控提供技术支撑。此外,虽然国外有报道说我国出口的番茄种子上携带类病毒,但仍未有定论,尚需确认,并且有必要弄清楚我国番茄上类病毒的发生情况。【方法】 使用序列比对的方法,比较能够侵染番茄的不同类病毒的基因组序列,找到保守序列,以此为模板,通过体外转录的方法制备RNA探针。通过斑点杂交的方法,测试该探针的检测灵敏度和特异性。另外,利用该通用探针,使用斑点杂交的方法,普查我国番茄上的类病毒发生情况。【结果】能够侵染番茄的6种类病毒:金鱼花潜隐类病毒(CLVd)、辣椒小果类病毒(PCFVd)、马铃薯纺锤块茎类病毒(PSTVd)、番茄顶缩类病毒(TASVd)、番茄褪绿矮缩类病毒(TCDVd)和番茄雄性株类病毒(TPMVd)的基因组序列含有一段长度为61 bp的保守序列。利用该序列制备的RNA探针能够同时检测这6种类病毒,其杂交检测的适宜反应温度为55℃~60℃。虽然该探针的检测灵敏度略低于每种类病毒的特异性探针,但可以满足田间大量样品的快速检测的需求。利用该探针,从我国番茄温室栽培的番茄植株上检测到了PSTVd,这是PSTVd在我国番茄上的首次报道。基因组序列比较分析发现,我国PSTVd番茄分离物的序列与国外茄科作物上PSTVd的序列最为接近,并且感染PSTVd的番茄的种子是从国外进口的。这表明我国番茄上的PSTVd应该是通过进口的番茄种子从国外传入的。【结论】研发出了一种能够同时检测侵染番茄的6种类病毒的通用探针,该探针具有快速灵敏的特点,适用于大量样品的快速检测,为番茄类病毒的监测及防控提供了技术支撑;此外,证实我国温室栽培的番茄上的确有PSTVd的发生,应该是通过种子由国外传入的,因此,需要加强进口种子及繁殖材料的检验和检疫,也要加强田间种植番茄的监测。
水稻条纹叶枯病是由灰飞虱(Laodelphax striatellus Fallen)传播的水稻条纹病毒(rice stripe virus, RSV)侵染所致,因其危害性严重被称为水稻的“癌症”。目前,关于RSV侵染后,抗、感水稻品种之间的分子差异以及水稻与RSV之间的相互作用的研究仍然不够充分。本文利用转录组测序技术(RNA-sequencing, RNA-Seq)分析了在RSV侵染后不同抗性水平水稻品种在转录水平上的差异。通过GO(Gene Ontology)注释鉴定到了抗、感品种在接种后2天、10天和20天后与转录因子(transcription factor, TF)、过氧化物酶(peoxidase)和激酶(kinase)相关的差异表达基因。结果表明:抗病品种中与这三类蛋白相关的差异表达基因虽然数量上比感病品种要少,但经显著性分析,在| log2(FoldChange) | > 0 & padj < 0.05的条件下,表达量呈现显著上调或下调表达趋势。通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析,鉴定出参与抗病反应途径的差异基因,包括植物激素信号转导和植物-病原体相互作用。结果表明涉及植物激素信号转导,脱落酸(abscisic acid, ABA)负调控的抗性反应和油菜素内酯(brassinosteroids, BR)正调控的抗性反应在抗、感品种间无差异,但涉及水杨酸(salicylic acid, SA)介导和茉莉酸(jasmonic acid, JA)/乙烯(ethylene, ET)介导的抗性反应有所不同。抗、感品种在三个时间节点的差异表达基因在病原相关分子模式激发的免疫反应(PAMP-triggered immunity, PTI)和效应蛋白激发的免疫反应(Effector-triggered immunity, ETI)都存在,但感病品种的特有基因大多涉及PTI,而抗病品种涉及ETI的特有基因数量更多。以上结果揭示了RSV侵染后抗、感品种在转录水平上的差异,为阐明了水稻与RSV互作的机制奠定了基础。
A headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME/GC-MS) method was used to study the volatile organic compounds (VOCs) associated with the differential immune response of tomato plants infected with the recombinant strain of potato virus Y (PVYC-to), necrogenic to tomato. Analysis was carried out in UC82 (UC), a virus susceptible tomato variety, comparing the same UC plants grafted or not onto a virus tolerant tomato ecotype, Manduria (Ma); the three types of samples used for the GC-MS analysis were mock-inoculated UC/Ma plants, UC/Ma+PVYC-to and UC+PVYC-to plants; the VOCs obtained were 111. Results from symptomatic PVYC-to-infected UC plants showed a VOCs composition enriched in alcohols, fatty acid derivates, benzenoids, and salicylic acid derivatives, while in mock-inoculated UC/Ma plants VOCs were mainly characterized by methyl ester compounds. The VOC profile was in line with RNAseq data analyses, denoting that PVYC-to viral RNA accumulation and disease symptoms induce the specific transcriptional activation of genes involved in VOCs biosynthesis. Furthermore, principal component analysis highlighted that VOCs of PVYC-to-infected and mock-inoculated grafted plants were much closer each other than that of symptomatic PVYC-to-infected non-grafted UC plants. These results suggest that VOCs profiles of tomato plants are related to the viral RNA accumulation, disease intensity and graft-derived tolerance to PVYC-to infection.