小麦赤霉病菌病毒多样性及三个低毒菌株中真菌病毒分子特性研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinyu0218
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
由镰刀菌(Fusarium spp.)引起的小麦赤霉病是世界性重要真菌病害,该病害发生后不仅导致产量锐减,还会造成真菌毒素污染,给粮食安全和食品安全均造成巨大威胁。该病害的病原主要为禾谷镰刀菌(F.graminearum)和亚细亚镰刀菌(F.asiaticum)。真菌病毒是在真菌中复制并稳定增殖的病毒,低毒相关真菌病毒具有防治作物病害的潜力。探究小麦赤霉病菌中病毒多样性,筛选低毒相关病毒,不仅可以发现和鉴定新病毒,为赤霉病的绿色防控提供备选资源,也可为病毒分类学及整个病毒圈的进化研究提供重要材料及新视角。本论文分析了我国小麦赤霉病菌群体中的真菌病毒多样性,并对3个亚细亚镰刀菌低毒菌株的生物学特性及其携带真菌病毒的分子特性进行了研究,主要研究结果如下:分析了我国四川盆地麦区、长江中下游麦区和黄淮海麦区小麦赤霉病菌中真菌病毒的种类及分布。自我国不同麦区10省44县市的小麦赤霉病病穗上共分离获得了1607株赤霉病菌,分子鉴定表明我国四川盆地麦区和长江中下游麦区主要以亚细亚镰刀菌(分别占80%和88%)为主,而黄淮海麦区主要以禾谷镰刀菌(占96%)为主。利用宏病毒组测序技术及系统发育分析,明确了3大麦区赤霉病菌群体中的病毒种类及其分子特性。在检测的赤霉病菌中发现了包括10种新病毒在内的19种病毒,其中正单链RNA病毒数量最多,占68.75%。鉴定的病毒隶属于11个病毒科或目,其中隶属于马特利病毒目、布尼亚病毒目、产黄青霉病毒科和多聚真菌病毒科的病毒仅在四川盆地样品中检测到;新鉴定的orfanplasmovirus类群仅在长江中下游样品中检测到,减毒病毒科的病毒仅在黄淮海样品中检测到,裸露病毒科病毒在四川盆地和长江中下游样品中检测到,灰葡萄孢欧尔密病毒则在长江中下游和黄淮海样品中检测到,而在三个麦区样品中均检测到了线粒体病毒、小RNA病毒目病毒以及真菌单股负链RNA病毒。隶属于马特利病毒目、小RNA病毒目、裸露病毒科、多聚真菌病毒科的病毒和orfanplasmovirus在小麦赤霉病菌中均为首次被发现。对亚细亚镰刀菌菌株BZ6的生物学特性及其携带病毒的分子特性进行了分析。菌株BZ6菌落形态正常,但其无性和有性生殖能力较弱,菌丝分枝明显异常,对小麦穗的致病力弱。菌株BZ6被2种正单链RNA病毒:帚状病毒类似病毒Fusarium asiaticum virga-like virus 1(Fa VLV1)和线粒体病毒Fusarium asiaticum mitovirus 1(Fa MV1)复合侵染。通过高通量测序及RACE技术,获得了两个真菌病毒基因组全长c DNA序列。Fa VLV1为黄色病毒门(Kitrinoviricota)马特利病毒目(Martellivirales)的一个新成员,其基因组全长9641 nt,由三个长度分别为3653 nt、3627 nt和2361 nt的片段(S1-S3)组成,S1-S3片段的5’末端保守,3’端均有poly(A)结构,分别含有一个开放阅读框(ORF1-3);ORF1推定编码包含一个甲基转移酶结构域和一个依赖RNA的RNA聚合酶(Rd Rp)结构域的多聚蛋白;ORF2推定编码包含一个甲基转移酶和一个解螺旋酶结构域的多聚蛋白;ORF3推测编码外壳蛋白。透射电镜观察发现,Fa VLV1的病毒粒子为对称螺旋杆状,直径在10.00-15.93 nm之间,长度在149.02-1289.48 nm之间。基于Rd Rp保守结构域的进化分析,Fa VLV1和一些侵染节肢动物、植物、真菌和(或)卵菌的病毒与帚状病毒科(Virgaviridae)病毒相关,但它们独立成为一个进化分枝;Fa VLV1基因组中的2个甲基转移酶基因起源不同,可能存在基因水平转移现象,建议成立新的病毒科来容纳这类帚状病毒类似病毒。Fa VLV1不能通过子囊孢子进行垂直传播,但以81%的概率通过分生孢子进行垂直传播;Fa VLV1不能突破营养体不亲和性限制传播至菌株XG-7-1中,但可以通过菌丝融合水平传播至其子囊孢子衍生菌株BA2中。生物学试验表明,Fa VLV1的侵染使寄主的生长速度变快,分生孢子产量下降,在离体小麦穗上的致病力降低,表明该病毒与寄主弱毒特性相关。Fa MV1与葡萄霜霉病相关线粒体病毒13(Plasmopara viticola lesion associated mitovirus 13,Pvla MV13)的Rd Rp序列同一性为94.47%,是该病毒在亚细亚镰刀菌中的一个新株系,且其与其它已知侵染镰刀菌的线粒体病毒的亲缘关系较远。Fa MV1可通过分生孢子和子囊孢子进行垂直传播,传播率为100%;Fa MV1可水平传播至菌株XG-7-1,效率为21.62%,且引致寄主菌落形态改变,生长速度减慢,分生孢子产量和萌发率下降以及致病力显著减弱,表明病毒Fa MV1与寄主致病力衰退相关。此外,病毒Fa MV1对寄主表型的影响具有滴度效应,低水平的侵染对寄主的表型没有影响或影响温和,而高水平的积累会导致寄主的生长速度严重减慢甚至停滞、无性和有性生殖能力降低、脂滴异常以及致病力显著降低。发现两株低毒亚细亚镰刀菌菌株LJX70和YT54-2被2-3种真菌病毒复合侵染。相比于不携带病毒的菌株,菌株LJX70菌落形态、生长速度和无性产孢都较正常,但致病力极低,是一株低毒菌株。病毒组分析发现菌株LJX70被布尼亚病毒(Fusarium asiaticum bunyavirus 1,Fa BV1/LJX70)和核盘菌单股负链RNA病毒属病毒(Fusarium graminearium negative-stranded RNA virus 1a,Fg NRV1a)复合侵染。基于Rd Rp的系统发育分析表明,Fa BV1/LJX70与其它暂未分类的Bunyavirales病毒单独聚于Bunyavirales外围的一个小分枝,代表一类新的布尼亚病毒,建议成立布尼亚病毒目的新属来容纳这类病毒。Fg NRV1不影响寄主的致病力,布尼亚病毒Fa BV1/LJX70可能为菌株LJX70的低毒因子。被乙型产黄青霉病毒属病毒Betachrysovirus fugramineari(惯用名Fusarium graminearum chrysovirus,Fg CV)、Fg NRV1a和Fa VLV1复合侵染的亚细亚镰刀菌菌株YT54-2是一株菌落形态、生长速度、无性和有性产孢等生物学特性均明显异常的低毒菌株。侵染YT54-2的Fg CV新株系Fusarium chrysovirus YT54-2(FCV-YT54-2)与已报道的2个株系的最大差异在于RNA5推定编码的蛋白,其C端含有具有13个锌指的C2H2保守结构域。Fa VLV1和FCV-YT54-2可能为菌株YT54-2的弱毒因子。综上,本研究对四川盆地、长江中下游和黄淮海三大麦区的小麦赤霉病菌群体中的真菌病毒多样性以及3个亚细亚镰刀菌低毒菌株携带病毒进行了分析,首次在小麦赤霉病菌中鉴定了隶属于马特利病毒目、小RNA病毒目、裸露病毒科、多聚真菌病毒科和orfanplasmovirus的真菌病毒。明确了马特利病毒目新病毒Fa VLV1和线粒体病毒Fa MV1的复合侵染引致了菌株BZ6的弱毒现象,并克隆获得了病毒Fa VLV1和Fa MV1的c DNA全长序列。本研究在鉴定新的真菌病毒、扩充真菌病毒多样性的基础上,不仅为植物病害的绿色防控提供了低毒相关真菌病毒生防资源,还为进一步解析真菌病毒复合侵染机制、病毒致弱机制以及利用病毒作为工具探讨病菌的生物特性提供了理论基础和研究材料。
其他文献
双孔钾离子K2P通道是一类由KCNK基因家族编码的,具有四次跨膜和两个孔道(4TM/2P)结构的离子通道。在静息状态下,K2P通道能够形成背景电流或漏电流,从而维持细胞的静息膜电位水平,控制细胞兴奋性。K2P通道在神经系统中广泛表达,并参与多种生理病理过程,包括疼痛、抑郁、神经保护、癫痫和局部缺血等。目前关于K2P通道家族公认的门控机制包括C型门控,此外K2P通道还受到胞内结构域的调控影响,电压、
学位
固液界面核心热力学参量及其变化规律的物理本质的获取,对先进金属制造凝固过程控制技术的革新至关重要。由于原子尺度固液界面的实验表征十分困难,近年来研究致力于发展“计算机实验”技术进行探究。然而,现有研究偏重性质计算和测量,对于局域粒子堆积结构,在两相竞争环境下如何受晶格类型、晶面取向、原子间相互作用的共同影响机理认识不够充分,致使本领域一系列科学问题亟待解决:如,界面结构本质(弥散或尖锐)的界定长期
学位
土壤作为自然界的重要组成部分,其各种属性的时空变化对农业生产和生态环境有重要影响。因此,了解其时空分布状况、特征及其影响机制对农作物提质增产和生态环境可持续发展有重要意义。当前的相关研究中,区域尺度的土壤属性时空特征分析主要是基于首尾时间的空间分布数据进行,缺乏对时空连续变异过程的分析,无法完全表达土壤属性的时空变异特征。另外,目前的研究中,普遍缺乏对土壤属性未来分布状况的时空预测。基于以上考虑,
学位
香菇(Lentinula edodus)在我国食用菌产业中具有重要地位,是年产量最高的人工栽培食用菌。香菇料袋或菌棒感染木霉菌(Trichoderma spp.)是导致香菇大幅度减产、产业效益下降的主要因素之一。木霉菌不仅可污染已灭菌的培养料,与香菇菌丝竞争营养和生长空间,还能在香菇菌丝培养、转色和出菇等阶段感染菌丝体而引起菌袋污染或菌棒腐烂。尤其是香菇菌棒受到高温伤害后生长衰弱,更易受到木霉菌感
学位
细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility,CMS)系统是甘蓝型油菜杂种优势利用的重要途径。利用该系统易于获得全不育群体,降低杂交制种的成本,有利于杂交种在生产上普及应用。从萝卜中发现的Ogu CMS具有不育性稳定、彻底,被成功转育到甘蓝型油菜后,被认为是油菜杂种优势利用最理想的细胞质不育类型。但该类型胞质不育的恢复源仅存在于萝卜中,而直接利用萝卜转育甘蓝型油菜Ogu C
学位
绝大多数的公钥密码方案(包括认证加密方案)依赖于能生成完美随机数的随机数源,以保障方案安全性。然而,错误的算法实现、恶意颠覆以及其他各种原因都会导致随机数源产生不良的随机数。这些情况下的随机数源我们称其为随机数后门攻击下的随机数源。目前已有较多抗随机数后门攻击的方法被提出,典型方法包括对冲公钥密码学(hedged public key cryptography,HPKC)及其变体基于 nonce
学位
马铃薯(Solanum tuberosum L.)是全球第三大口粮作物,在保证粮食安全、消除贫困、增进人类健康等方面具有重要的作用。但马铃薯在生产中易受50余种病毒的侵害,其中,以马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)危害最为严重,特别是在二次侵染或复合侵染时会导致马铃薯减产超过85%。病毒病无法实施有效的化学防治,加之我国缺乏完善的种薯认证体系,解析病毒的侵染机制,发掘和利用寄主重
学位
陆地生态系统呼吸是全球碳循环的重要组成部分,其微小变化会引起大气CO2浓度的明显波动,从而进一步反馈全球气候,因此准确量化陆地生态系统呼吸有助于理解全球碳循环与气候变化间的反馈机制。然而现有的生态系统呼吸估算方法忽略了关键生理参数的昼夜差异以及水分对呼吸的影响,其结果存在较大的不确定性,导致当前对全球生态系统呼吸的时空变化格局和潜在机理仍缺乏足够的认识。因此,为了探究近三十年来全球陆地生态系统呼吸
学位
异常检测任务主要致力于在众多正常的数据样本中检测出异常的样本。该任务针对能够获取的数据样本进行建模并且挖掘出偏离正常模式的样本。由于医学影像,工业质检,金融系统,公共安全等广泛领域的需求和应用不断增加,异常检测技术发挥着举足轻重的作用。近年来,随着深度学习的发展,基于神经网络的异常检测方法获得了广泛研究与关注。但是,异常检测任务仍然存在着巨大的挑战。异常检测任务是一个二分类问题,与传统的分类问题相
学位
生猪出栏成本一般由饲料成本、仔猪成本、人工成本、医疗防疫成本和死亡损失成本等构成,是决定猪场盈利能力的关键因素。控制出栏成本对于提高猪场经济效益至关重要。我国生猪出栏成本显著高于欧美养猪发达国家,除饲料成本高以外,由于母猪繁殖性能低下造成的仔猪成本过高,也是显著增加生猪出栏成本的关键因素。因此,通过提高母猪繁殖性能降低仔猪成本,是降低生猪出栏成本的有效途径之一。另一方面,随着遗传选育进展,母猪繁殖
学位