江西赣州茎陷点型柑橘衰退病毒分子特性研究

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柑橘衰退病毒(Citrus tristeza virus,CTV)引起的柑橘衰退病是世界柑橘产业面临的严重威胁,从发现至今已造成上亿株以酸橙做砧木的柑橘植株死亡。由于柑橘系多年生常绿果树,在田间CTV传毒媒介褐色橘蚜发生普遍、果农又喜好高换未知带毒情况的新品种,以及病毒自身的突变、重组等因素,造成CTV在田间多为多种株系混合侵染,且具有复杂的株系分化和遗传多样性。根据病毒在不同寄主上表现出的症状差异,将CTV分为了苗黄型、茎陷点型和速衰型三种类型。近年来的研究中,为了快速识别CTV的不同类群,根据病毒全基因组序列的差异,将CTV划分为T36、VT、T3、T30、RB、S1、HA、T68等多个基因型。其中,T36与VT基因型通常与速衰症状相关,T3、VT、RB和T68基因型与茎陷点症状相关联,而S1和T30基因型通常不引起明显的症状。随着生物信息学的发展和技术的进步,转录组测序技术被运用于获得植物病毒的基因组全序列,较传统分析更为系统深入。江西赣州是世界上著名的脐橙产区之一,虽然CTV长期以来在赣州分布广泛,但均未造成严重损失。近年来,茎陷点型衰退病在赣州多地陆续爆发,导致脐橙生长缓慢、树势减弱、产量和品质降低,造成了严重的经济损失,发生这一现象的原因尚不清楚。本研究在田间调查的基础上,对赣州地区CTV样品进行基因型鉴定,并选取20个赣州CTV p33基因的PCR产物进行深度测序,研究样品中各基因型的相对含量,进而深入掌握赣州CTV种群构成及变化,揭示基因型含量与症状之间可能存在的联系。此外,本研究还对赣州CTV样品进行高通量测序鉴定,获得了4个强毒株和3个弱毒株的基因组全序列,通过生物信息学分析,以期揭示导致中国赣州脐橙发生严重茎陷点症状的CTV毒株的分子特征,从而为研究赣州CTV茎陷点型强毒株的来源,以及CTV的演化提供新的基因组信息。最后本研究还通过对赣州和湖北秭归的CTV茎陷点型毒株进行生物信息学分析,以期探寻赣州和秭归两地茎陷点型强毒株可能存在的关联。本研究结果如下:1.从赣州10个区县采集的199份柑橘样品中,有112份感染了CTV。所调查的区县均有CTV发生,CTV在各区县的发生率为22.2%-86.0%,平均发生率为56.3%。2019-2020年采集的112份阳性样品中能检测到T36、VT、T3、T68、T30、RB、HA16-5和S1等8个基因型,其中T36基因型检出率最高,为99.1%,其次是T3(95.5%)和VT(94.6%)基因型。课题组前期保存的赣州CTV样品中,只能检测到T36、VT、T3、T68和S1等5个基因型,且均能检测出T3和VT基因型。相比于2004-2007年采集的CTV样品,2019-2020年采集的样品中除VT与T3基因型外,其余6种基因型的检出率均有所上升。其中,T36和RB基因型增涨最为显著。本研究中,所有赣州CTV样品均为多基因型混合发生,且2019-2020年采集的CTV样品基因型的复杂度高于2004-2007年采集的样品。其中,2019-2020年CTV样品中以6种基因型混合发生最为常见,其次为4种基因型混合侵染,分别占总数的31.3%和26.8%。比较2004-2007年采集的CTV样品,以VT+T3+T68和VT+T3基因型混合感染最为常见,均占其总数的33.3%,其次是VT+T3+S1基因型(22.2%),而T36+VT+T3基因型混合发生的情况最少(11.1%),且当时检查上述样品茎陷点症状均不明显。相较,2019-2020年采集的112份阳性CTV样品中,58份样品检查茎陷点等级为0-1级(无茎陷点症状或不明显);10份样品为2级(茎陷点症状较为严重);剩余44份样品为3级(症状非常严重)。2.获得了赣州CTV强毒株2019-6-DY、2019-7-DY、2019-30-2、2019-30-3,以及弱毒株2019-20-XF、2019-33-DY和CY-77的基因组全序列。基因组序列分析的结果显示,上述毒株间核苷酸序列相似性为80.72%-99.74%,且与之前报道的来自世界各地的84个CTV毒株的序列相似性为79.20%-99.63%。此外,CTV强毒株2019-30-2、2019-30-3、2019-6-DY和2019-7-DY分别与能够克服枳壳抗性的毒株NZRB-M17(FJ525435)、能够在邓肯葡萄柚、墨西哥莱檬和红宝石柚等品种引起轻微茎陷点症状的毒株Maxi(KU883266),以及HU-PSTS(KU720382)和NZRB-M17(FJ525435)的序列相似性最高,分别为99.03%,99.30%,99.63%和99.01%。CTV弱毒株2019-20-XF、2019-33-DY和CY-77,分别与在墨西哥莱檬中引起轻微脉明症状的毒株B301(JF957196),以及NZRB-M17(FJ525435)和Maxi(KU883266)拥有最高序列相似性,分别为98.77%,98.99%和99.31%。将上述91个CTV毒株的基因组构建系统发育树后发现,所有CTV毒株被分为了T36、T30、VT、T68、HA16-5、S1、T3、M1、L1、SY568、A18和RB等12个基因型。其中,CTV毒株2019-30-2、2019-7-DY、2019-20-XF和2019-33-DY为RB基因型,2019-30-3和CY-77属于T3基因型,2019-6-DY属于VT基因型。重组分析结果表明,毒株2019-6-DY,2019-7-DY,2019-20-XF,2019-30-2,2019-30-3、2019-33-DY和CY-77各发生了2,6,3,5,3,5,4次重组事件。根据以往报道的CTV基因分型与症状类别的关联分析,结合本研究发现的上述CTV毒株内多次重组事件,推测赣州近期暴发的茎陷点型衰退病与重组导致致病力增强相关。3.基于p33基因PCR产物的深度测序结果显示,除T36基因型外,相同样品中深度测序法鉴定出的基因型种类多于特异性引物法,且CTV毒株中VT或RB基因型相对含量超过90%,或HA16-5基因型相对含量超过30%时,会导致严重的茎陷点症状;当T30或S1基因型相对含量超过1%时,CTV毒株不引起明显的茎陷点症状。4.因赣州近期换种的脐橙接穗主要来源于湖北秭归,故对秭归的39份柑橘样品进行检测,有13份感染了CTV,能检测到T36、VT、T3、T68、T30、RB、HA16-5和S1等8个基因型。其中,所有样品都能检测到T36、VT、T3和T30基因型,其次是S1和RB基因型,检出率均为61.5%。发现秭归与赣州两地采集的CTV样品基因型组成具有相似性。通过深度测序,从秭归CTV样品Zi G-1获得的contig4247、contig436和contig629,分别与赣州强毒株2019-30-2(99.29%)、CN-RB-L13(97.13%)和T3-KB(93.45%)对应区域具有最高序列相似性。重组分析结果显示,contig4247作为主要亲本参与了赣州毒株2019-20-XF在227-2445nt处的重组事件。此外,由p23、cp、p33基因构建的系统发育进化树显示,秭归样品Zi G-1与引起严重茎陷点的赣州CTV毒株2019-6,2019-10,以及2019-10和2019-18聚于一簇。由此推测,秭归CTV样品与赣州CTV强毒株间具有较近亲缘关系,且可能存在遗传物质的交流。
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