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摘要从吉林省松原市田间表现黄化曲叶症状的番茄上分离到病毒分离物JLSY,基因组全序列测定结果表明,基因组全长2781 bp,共编码6个ORF。序列比对表明,JLSY基因组与番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)安徽分离物(FN650807)相似性最高,为99.5%,而与其他双生病毒的序列相似性低于89%。经系统进化分析,该病毒分离物属于TYLCV以色列株系(TYLCVIL)。这是首次在我国吉林省检测到番茄黄化曲叶病毒。
关键词吉林省;番茄黄化曲叶病毒;分子鉴定;双生病毒
中图分类号:S 436.412.11文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.05291542.2014.02.014Molecular identification and DNAA gene sequence analysis
of TYLCV isolates from Jilin ProvinceWang Xiang1,Li Gang1,Zhao Liming1,Liu Jinliang2,Xin Zhimei3,Zhu Xiaoping1(1. College of Plant Protection, Shandong Agricultural University, Tai’an271018, China;
2. Agronomy Department, Jilin University, Changchun130062, China; 3. Institute of
Plant Protection, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan250100, China)AbstractA virus isolate JLSY was obtained from tomato plants with symptoms of leaf curl and yellowing in Songyuan, Jilin Province. Complete nucleotide sequence of the genome of JLSY was determined to be 2781 nucleotides encoding 6 ORFs. Sequence analysis showed the complete genomic sequence of JLSY has highest identity of 99.5% with tomato yellow leaf curl virus isolate of Anhui (FN650807), while less than 89% nucleotide sequence identities with other Begomoviruses. Phylogenic analysis results indicated that JLSY is an isolate of the tomato yellow leaf curl virus Israel strain (TYLCVIL). This is the first report of tomato yellow leaf curl virus in Jilin Province.
Key wordsJilin Province;TYLCV;molecular identification;geminiviruses 番茄黄化曲叶病毒病(Tomato yellow leaf curl virus disease,TYLCVD)是番茄生产中的一种毁灭性病害,于1934-1940年在以色列发现[1],是由双生病毒科(Geminiviridae)菜豆金色花叶病毒属(Begomovirus)的番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)侵染引起的病害。多数Begomovirus基因组含有2条DNA分子,称为DNAA和DNAB,每条分子大小为2.5~3.0 kb,共编码6~7个开放阅读框(ORFs),TYLCV等少数Begomovirus只编码一条DNAA链,大小2.7 kb,编码6个ORFs[2]。20世纪90年代中期,双生病毒的传毒媒介B型烟粉虱和Q型烟粉虱陆续入侵我国,入侵后种群迅速扩张,成为了危害番茄、黄瓜、辣椒、茄子、甘蓝等蔬菜,以及烟草、棉花、番木瓜等数十种重要经济作物的头号“杀手”[35]。2006年在上海、江苏和浙江等省相继发现了番茄黄化曲叶病毒病,随后南方各省迅速扩展至北方的山东、河南、河北、北京、内蒙古等地的保护地蔬菜种植区,在番茄上造成了严重损失[67]。
番茄黄化曲叶病毒病在保护地番茄广泛种植的华东和华北全面暴发,而最北端的东北地区只在辽宁省有零星报道,且多集中于辽南地区[810],辽宁以北的吉林和黑龙江至今未见该病害的报道。自2012年下半年以来,在吉林省的番茄产区陆续发现番茄植株表现矮化、叶片黄化及卷曲等症状且给番茄生产造成严重损失。本研究对以上地区表现矮化、叶片黄化、卷曲和皱缩症状的番茄进行了病原分子鉴定和序列分析,确認番茄黄化曲叶病毒病的发生范围。通过对吉林省各地保护地番茄进行TYLCV病毒的检测和鉴定,首次在吉林省保护地番茄上分离到该病毒并进行了全基因组序列测定和分析,也是目前国内最北端地区该病毒病害发生的报道。
40卷第2期王祥等:吉林番茄黄化曲叶病毒分离物的检测及其DNAA全基因组序列分析20141材料和方法
1.1毒源样品采集
2012年7月在吉林省蔬菜保护地内共采集135份番茄样品,其中长春市40份,辽源市5份,通化市5份,白山市10份,延边朝鲜族自治州延吉市、延边朝鲜族自治州敦化市16份,吉林市14份,松源市5份,白城市28份,四平市12份。
1.2样品DNA提取及PCR检测
根据Xie等[11]报道的方法提取具有疑似症状的和健康的番茄总DNA。样品检测采用PCR技术。根据双生病毒基因组间隔区和外壳蛋白保护区序列设计的一对引物PA和PB[11],扩增DNAA部分序列。PCR反应条件:94 ℃ 3 min,1个循环;94 ℃ 45 s,55 ℃ 50 s,72 ℃ 90 s,30个循环;72 ℃ 10 min,4 ℃保存,将PCR扩增产物克隆到载体pMD18T(TaKaRa公司),选阳性克隆,送博尚公司测序。所用引物见表1。
表1克隆JLSY DNAA 所用引物1)
Table 1Primers used for cloning of JLSY DNAA引物
Primer 序列 (5′3′)
Sequence位置
Position in DNAAPATAATATTACCKGWKGVCCSC2738~13PBTGGACYTTRCAWGGBCCTTCACA518~494SYFTGAGGAAACTTACGAGCC231~248SYRCGCAAGTATCAATCAAGGT1599~1581ZYFTGCCTCTAATCCAGTGTATGC1018~1038ZYRAACCTAGAAACCCCAAC2522~2506XYFCTCCAAAATCAATGAAGTCTCC2279~2300XYRGGGCTCGTAAGTTTCCTC249~232
1) B=C, T or G; K=G or T; R=A or G; S=C or G; V=A, C or G; W=A or T;Y=C or T.1.3DNAA全序列扩增及序列测定
对于检测的阳性样品,根据已测序列,在GenBank上比对找到相似度最高的序列,在保守的区域设计3对引物,3对引物边界有重叠,涵盖DNAA全部序列,扩增阳性样品的DNAA全序列。PCR反应条件:94 ℃ 3 min,1个循环;94 ℃ 45s,55~57 ℃ 50s,72 ℃ 2 min,30个循环;72 ℃ 10 min,4 ℃保存。将PCR扩增产物克隆到载体pMD18T(TaKaRa公司),选阳性克隆,送博尚公司测序。所用克隆引物见表1。
1.4序列分析
应用DNAMAN软件将测序结果进行拼接,拼接后的全序列上传到GenBank上,并进行BLAST分析。选取已经登录的中国各地和世界各地区各株系代表性番茄黄化曲叶病毒序列(表3),采用DNA STAR、Clustal W等方法进行多序列比较分析;以甜瓜曲叶病毒(Melon leaf curl virus)为外组构建系统进化树,用Clustal W对序列进行对比分析。用MEGA 4软件,采用Kimura 2parameter距离矩阵、邻位法(NJ)构建系统树,系统树各分支置信度(Bootstrap)进行1 000次重复分析。
2结果与分析
2.1样品PCR检测结果
利用双生病毒通用引物PA和PB对135份样品总DNA进行PCR检测,结果(表2)表明:仅在吉林松源一个番茄种植棚的5份番茄样品中扩增出约535 bp的特异性条带。病毒分离物命名为JLSY。2.2TYLCVJLSY基因组的全序列及结构
利用DNAMAN软件拼接获得的3个序列后发现,JLSY全长为2781个核苷酸(EMBL登录号: KC702798)。JLSY的DNAA共编码6个开放阅读框,病毒链编码2个开放阅读框,编码AV1(CP)和AV2,反义互补链有4 个开放阅读框,编码AC1(Rep)、AC2、AC3和AC4,以及开放阅读框AV2和AC1之间(对应核苷酸2617-147 nt)含有一个长313 nt非编码的基因共同区(intergenic region, IR)。IR区含有TYLCV复制和转录所需要的各种顺式元件,如含有保守的9 个核苷酸(TAATATTAC)序列的茎环结构。表2吉林省番茄样品检测结果1)
Table 2The detection result of tomato samples in Jilin Province采集时间/年月日
Collection date采集地点
Collection site样品症状
Symptoms阳性样品数/总样品数
Positive/Total检测结果
Result20120629长春市绿园区 Lvyuan, Changchun 叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120629长春市双阳区
Shuangyang, Changchun叶片皱缩 Leaf crinkle0/8-20120629长春市榆树市 Yushu, Changchun 叶片卷曲 Leaf curl0/10-20120701长春市农安县
Nong’an County, Changchun 叶片皱缩 Leaf crinkle0/12-20120701辽源市陇山区 Longshan, Liaoyuan 叶片卷曲 Leaf curl0/5-20120701通化市通化县
Tonghua County, Tonghua 叶片皱缩 Leaf crinkle0/5-20120702白山市江源区 Jiangyuan, Baishan叶片皱缩 Leaf crinkle 0/10-20120702延边朝鲜族自治州延吉市
Yanji, Yanbian 叶片卷曲 Leaf curl0/6-20120702延边朝鲜族自治州敦化市
Dunhua, Yanbian 叶片皱缩 Leaf crinkle 0/10-20120703吉林市蛟河市 Jiaohe, Jilin 叶片皱缩 Leaf crinkle0/4-20120703吉林市船营区 Chuanying, Jilin叶片卷曲 Leaf curl0/10-20120703松原市 Songyuan叶片皱缩、黄化、矮化
Leaf crinkle, yellowing, dwarfing5/5 20120704白城市大安市 Da’an, Baicheng叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120704白城市 Baicheng叶片皱缩 Leaf crinkle0/8-20120705白城市洮北区 Zhaobei, Baicheng 叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120705四平市 Siping叶片卷曲 Leaf curl0/12-
1)“ ”:阳性;“-”:阴性。
“ ”: Positive; “-”: Negative.
2.3TYLCVJLSY与其他双生病毒序列的比较分析
病毒分离物JLSY的DNAA基因全序列通过BLAST分析,结果显示序列与TYLCV相似性最高。将其与中国不同地区和国外部分地区的双生病毒进行相似性比较,样品JLSY与国内的TYLCV各分离物的相似性最高(97.1%~99.5%),其中与安徽分离物(TYLCVAnhui, FN650807) 相似性最高为99.5%,而与其他双生病毒的相似性均在89%以下。双生病毒科病毒全基因组核苷酸序列相似性小于89%,往往定位不同的病毒,大于89%则认为是同一病毒的不同株系[1214],因此确定JLSY为番茄黄化曲叶病毒的一个分离物。
为了更好地分析其系统进化关系,选取全国不同地区有代表性的分离物以及涵盖TYLCV各株系的国外其他地区番茄黄化曲叶病毒的分离物,以甜瓜曲叶病毒(Melon leaf curl virus)为外组构建系统进化树(图1)。通过进化树可以看出,吉林松原分离物TYLCVJLSY与国内山东、河北、天津地区的TYLCV聚为一个进化枝,同属于番茄黄化曲叶病毒以色列株系(TYLCVIL)。表3TYLCVJLSY與其他引起番茄黄化曲叶
病毒的双生病毒DNAA序列一致性比较
Table 3Comparison of nucleotide sequence identities of
DNAA between TYICVJLSY and other Begomovirus isolates分离物
Isolate分离地点
Location登录号
Accession no.一致性/%
IdentityTYLCVAnhui安徽 AnhuiFN65080799.5TYLCVHangzhou杭州 HangzhouFN25289099.3TYLCVTianjin天津 TianjinGU56333099.2TYLCVShaanxi陕西 ShaanxiJN41285499.2TYLCVBeijing北京 BeijingGU98385998.6TYLCVNanjing南京 NanjingFN25625998.4TYLCVHBQX河北 HebeiJQ00404698.0TYLCVSDHZ山东 ShandongHQ70286398.0TYLCVSDJN山东 ShandongJN99092798.0TYLCVIL埃及 EgyptAY59417497.8TYLCVHBRY河北 HebeiJQ00404797.7TYLCVSDCL山东 ShandongJQ03824097.4TYLCVHBBD河北 HebeiJN99092297.3TYLCVHNWH河南HenanJQ03823797.3TYLCVHNKF河南 HenanJQ00404997.2TYLCVHBDZ河北 HebeiJQ00404597.1TYLCVPortugal意大利 ItalyAF10597592.5TYLCVMild西班牙 SpainAF07122892.4TYLCVTokai日本 JapanAB43984292.1TYLCVIR伊朗 IranAJ13271191.2TYLCVKW2阿曼苏丹国 OmanJN60448591.1TYLCVKer伊朗 IranGU07644889.5TYLCVAlb23阿曼苏丹国OmanFJ95670389.3TYLCVGez苏丹 SudanAY04413889.0TYLCSVSardinia撒丁岛SardiniaX6115377.6PaLCuCNVZM1河南 HenanEU87438676.1PaLCuCNVMC河南 HenanJX55597976.0Melon leaf curl virus巴基斯坦 PakistanAM49497668.1图1TYLCVJLSY与其他番茄黄化曲叶病毒系统进化树
Fig.1Phylogenetic tree based on DNAA of TYLCVJLSY and other 28 begomoviruses species or isolates
3讨论
双生病毒给我国造成巨大的经济损失[15]。我国南方地区云南、广西、广东、福建、海南、浙江、上海和台湾等地已发现了苘麻花叶病毒(Abutilon mosaic virus)、中国南瓜曲叶病毒(Squash leaf curl virusChina)、中国番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virusChina)等约30 多种双生病毒,主要寄主植物为番茄、烟草、番木瓜和南瓜等多种作物以及杂草[1617]。在我国华北、华东地区双生病毒病的发生局限于保护地种植区域,目前报道的仅有番茄黄化曲叶病毒和中国番木瓜曲叶病毒两种,其中番茄黄化曲叶病毒占主导地位。中国番木瓜曲叶病毒分离物仅在云南、广西、广州等地有报道[1820]。
番茄黄化曲叶病毒不能通过摩擦传毒,只能以烟粉虱以持久性方式传播。随着华北、华东地区大力发展设施蔬菜以及气候的变化,保护地的生态环境为烟粉虱提供了越冬场所,造成了该病害的大面积暴发,带来严重的经济损失[21]。随着东北地区设施农业的快速发展,也为烟粉虱提供了越冬场所,番茄黄化曲叶病毒大面积暴发的可能性大大增加。病毒分离物JLSY与杭州、安徽、山东、河北、天津分离物的亲缘关系最近,而且吉林省的番茄种苗主要从天津、山东等地区调运,因此,推测吉林松原地区的病毒样品可能是浙江地区的病毒以烟粉虱为媒介传播到山东、天津等地区,后随种苗调运传播而来。
迄今,吉林省番茄种植面积1万hm2。其中,保护地番茄种植面积已达6 667 hm2以上,占保护地蔬菜种植面积的第1位。近年来,保护地番茄栽培形成了日光温室冬春季栽培、早春塑料大棚栽培和保护地秋延后栽培等多种茬口。目前,吉林番茄已出现番茄黄化曲叶病疫情,因此,应采取及时有效的防范措施,如加大对种苗的检测、完善栽培方法等,保障温室番茄的安全生产。
参考文献
[1]Picó B, Díez M J, Nuez F. Viral diseases causing the greatest economic losses to the tomato crop. II. The Tomato yellow leaf curl virus—a review[J]. Scientia Horticulturae, 1996, 67(3): 151196.
[2]Lazarowitz S G, Shepherd R J. Geminiviruses: genome structure and gene function[J]. Critical Reviews in Plant Sciences, 1992, 11(4): 327349.
[3]洪益国, 蔡健和, 王小凤. 烟草曲叶双生病毒分子进化的初步研究[J]. 科学通报, 1994, 39(2): 165168.
[4]洪益国, 蔡健和, 王小凤, 等. 中国南瓜曲叶病毒: 一个双生病毒新种[J]. 中国科学: B 辑, 1994, 24(6): 608613.
[5]何自福, 虞皓, 罗方芳. 番茄烟粉虱传双生病毒 PCR 检测[J]. 中国病毒学, 2004, 19(1): 6769.
[6]张加放, 李伟. 番茄黄化曲叶病毒病发病症状, 原因及综合防治[J]. 上海农业科技, 2008(2): 103.
[7]王冬生, 匡开源, 张穗, 等. 上海温室番茄黄化曲叶病毒病的发生与防治[J]. 长江蔬菜, 2006(10): 2526.
[8]曲昌明. 辽宁省粉虱种群演替与番茄黄化曲叶病毒病防控对策[J]. 农业科技通讯, 2012(12): 203204.
[9]何少伟. 建平县番茄黄化曲叶病毒病发生情况调查[J]. 农村实用科技信息, 2013(5):57.
[10]苏国辉. 番茄黄化曲叶病毒病的诊断与防治[J]. 中国农技推广, 2011, 27(4): 4445.
[11]Xie Y, Zhou X, Zhang Z, et al. Tobacco curly shoot virus isolated in Yunnan is a distinct species of Begomovirus[J]. Chinese Science Bulletin, 2002, 47(3): 199201.
[12]Padidam M, Beachy R N, Fauquet C M. Classification and identification of geminiviruses using sequence comparisons[J]. Journal of General Virology, 1995, 76(2): 249263.
[13]Harrison B D, Robinson D J. Natural genomic and antigenic variation in whiteflytransmitted geminiviruses (Begomoviruses)[J]. Annual Review of Phytopathology, 1999, 37(1): 369398.
[14]Deng D, McGrath P F, Robinson D J, et al. Detection and differentiation of whiteflytransmitted geminiviruses in plants and vector insects by the polymerase chain reaction with degenerate primers[J]. Annals of Applied Biology, 1994, 125(2): 327336.
[15]周雪平, 崔晓峰, 陶小荣. 双生病毒——一类值得重视的植物病毒[J]. 植物病理学报, 2003, 33(6): 487492.
[16]Zhou X P, Xie Y, Zhang Z K. Molecular characterization of a distinct begomovirus infecting tobacco in Yunnan, China[J]. Archives of Virology, 2001, 146(8): 15991606.
[17]Wu J B, Dai F M, Zhou X P. First report of Tomato yellow leaf curl virus in China[J]. Plant Disease, 2006, 90(10): 13591359.
[18]王玉, 丁銘, 杨莉, 等. 侵染番茄的中国番木瓜曲叶病毒基因组结构特征[J]. 西南农业学报, 2010(6): 19171922.
[19]蔡健和, 王向阳, 李桂新, 等. 中国番木瓜曲叶病毒南宁分离物的基因组结构特征[J]. 植物病理学报, 2005, 35(5): 446450.
[20]张鲁斌, 周国辉, 李华平, 等. 侵染广州番木瓜的曲叶病毒 DNAA分子特征及生物学测定[J]. 中国农业科学, 2005, 38(9): 18051810.
[21]Polston J E, McGovern R J, Brown L G. Introduction of Tomato yellow leaf curl virus in Florida and implications for the spread of this and other geminiviruses of tomato[J]. Plant Disease, 1999, 83(11): 984988.
[10]肖炎农, 李建生, 郑用链, 等. 湖北省玉米纹枯病病原丝核菌的种类和致病性[J]. 菌物系统, 2002, 21(3): 419424.
[11]Lipps P E, Herr L J. Etiology of Rhizoctonia cerealis in sharp eyespot of wheat[J].Phytopathology,1982,72:15741577.
[12]Parmeter J R.Rhizoctonia solani, biology and pathology[M]. Berkeley: University of California Press, 1970.
[13]肖勇, 刘明伟, 李刚, 等. 四川省水稻立枯丝核菌 Rhizoctonia solani 的遗传分化与致病力[J]. 中国水稻科学, 2008, 22(1): 8792.
[14]邓振山, 张宝成, 孙志宏, 等. 新疆北疆棉田立枯丝核菌不同菌丝融合群致病力的研究[J]. 植物保护, 2006, 32(4), 3639.
[15]黄江华, 杨媚, 周而勋, 等. 广州地区10种作物立枯丝核菌菌丝融合群测定[J]. 仲恺农业技术学院学报, 2002, 15(1): 1418.
[16]伍恩宇, 夏海波, 于金凤. 茄科蔬菜立枯丝核菌的融合群鉴定[J]. 植物病理学报, 2008, 38(4): 429432.
[17]李克梅, 郭庆元, 赵莉, 等. 新疆苜蓿立枯丝核菌菌丝融合群及其致病性研究[J]. 草业科学, 2009(5): 151154.
[18]杨金红, 白丽艳, 郭庆元, 等. 新疆奶花芸豆立枯丝核菌菌丝融合群及其致病性研究[J]. 新疆农业科学, 2006, 43(4): 302305.
[19]井岩, 李晓妮, 金凤. 中国北方棉花主产区立枯丝核菌的融合群鉴定[J]. 菌物学报, 2012, 31(4): 540547.
[20]曹守峰. 中国与中亚五国棉花生产与贸易竞争力比较分析[J]. 中国棉花, 2011, 38(5): 1113.
[21]Kuramae E E, Buzeto A L, Ciampi M B, et al. Identification of Rhizoctonia solani AG1IB in lettuce, AG4HGⅠin tomato and melon, and AG4HGⅢ in broccoli and spinach, in Brazil[J]. European Journal of Plant Pathology, 2003, 109: 391395.
[22]杨金紅, 郭庆元, 季良. 新疆6种豆科作物立枯丝核菌菌丝融合群研究[J]. 新疆农业科学, 2005, 42(6): 382385.
[23]杨金红. 11种豆科作物立枯丝核菌菌丝融合群及营养亲和群研究[J]. 植物保护, 2009, 35(6): 83 86.
[24]李宝栋,朱颖初. 棉立枯菌对不同棉花品种致病力的测定[J]. 植物保护, 1985,11(6): 3132.2014,40(2):8184Plant Protection
关键词吉林省;番茄黄化曲叶病毒;分子鉴定;双生病毒
中图分类号:S 436.412.11文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.05291542.2014.02.014Molecular identification and DNAA gene sequence analysis
of TYLCV isolates from Jilin ProvinceWang Xiang1,Li Gang1,Zhao Liming1,Liu Jinliang2,Xin Zhimei3,Zhu Xiaoping1(1. College of Plant Protection, Shandong Agricultural University, Tai’an271018, China;
2. Agronomy Department, Jilin University, Changchun130062, China; 3. Institute of
Plant Protection, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Ji’nan250100, China)AbstractA virus isolate JLSY was obtained from tomato plants with symptoms of leaf curl and yellowing in Songyuan, Jilin Province. Complete nucleotide sequence of the genome of JLSY was determined to be 2781 nucleotides encoding 6 ORFs. Sequence analysis showed the complete genomic sequence of JLSY has highest identity of 99.5% with tomato yellow leaf curl virus isolate of Anhui (FN650807), while less than 89% nucleotide sequence identities with other Begomoviruses. Phylogenic analysis results indicated that JLSY is an isolate of the tomato yellow leaf curl virus Israel strain (TYLCVIL). This is the first report of tomato yellow leaf curl virus in Jilin Province.
Key wordsJilin Province;TYLCV;molecular identification;geminiviruses 番茄黄化曲叶病毒病(Tomato yellow leaf curl virus disease,TYLCVD)是番茄生产中的一种毁灭性病害,于1934-1940年在以色列发现[1],是由双生病毒科(Geminiviridae)菜豆金色花叶病毒属(Begomovirus)的番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)侵染引起的病害。多数Begomovirus基因组含有2条DNA分子,称为DNAA和DNAB,每条分子大小为2.5~3.0 kb,共编码6~7个开放阅读框(ORFs),TYLCV等少数Begomovirus只编码一条DNAA链,大小2.7 kb,编码6个ORFs[2]。20世纪90年代中期,双生病毒的传毒媒介B型烟粉虱和Q型烟粉虱陆续入侵我国,入侵后种群迅速扩张,成为了危害番茄、黄瓜、辣椒、茄子、甘蓝等蔬菜,以及烟草、棉花、番木瓜等数十种重要经济作物的头号“杀手”[35]。2006年在上海、江苏和浙江等省相继发现了番茄黄化曲叶病毒病,随后南方各省迅速扩展至北方的山东、河南、河北、北京、内蒙古等地的保护地蔬菜种植区,在番茄上造成了严重损失[67]。
番茄黄化曲叶病毒病在保护地番茄广泛种植的华东和华北全面暴发,而最北端的东北地区只在辽宁省有零星报道,且多集中于辽南地区[810],辽宁以北的吉林和黑龙江至今未见该病害的报道。自2012年下半年以来,在吉林省的番茄产区陆续发现番茄植株表现矮化、叶片黄化及卷曲等症状且给番茄生产造成严重损失。本研究对以上地区表现矮化、叶片黄化、卷曲和皱缩症状的番茄进行了病原分子鉴定和序列分析,确認番茄黄化曲叶病毒病的发生范围。通过对吉林省各地保护地番茄进行TYLCV病毒的检测和鉴定,首次在吉林省保护地番茄上分离到该病毒并进行了全基因组序列测定和分析,也是目前国内最北端地区该病毒病害发生的报道。
40卷第2期王祥等:吉林番茄黄化曲叶病毒分离物的检测及其DNAA全基因组序列分析20141材料和方法
1.1毒源样品采集
2012年7月在吉林省蔬菜保护地内共采集135份番茄样品,其中长春市40份,辽源市5份,通化市5份,白山市10份,延边朝鲜族自治州延吉市、延边朝鲜族自治州敦化市16份,吉林市14份,松源市5份,白城市28份,四平市12份。
1.2样品DNA提取及PCR检测
根据Xie等[11]报道的方法提取具有疑似症状的和健康的番茄总DNA。样品检测采用PCR技术。根据双生病毒基因组间隔区和外壳蛋白保护区序列设计的一对引物PA和PB[11],扩增DNAA部分序列。PCR反应条件:94 ℃ 3 min,1个循环;94 ℃ 45 s,55 ℃ 50 s,72 ℃ 90 s,30个循环;72 ℃ 10 min,4 ℃保存,将PCR扩增产物克隆到载体pMD18T(TaKaRa公司),选阳性克隆,送博尚公司测序。所用引物见表1。
表1克隆JLSY DNAA 所用引物1)
Table 1Primers used for cloning of JLSY DNAA引物
Primer 序列 (5′3′)
Sequence位置
Position in DNAAPATAATATTACCKGWKGVCCSC2738~13PBTGGACYTTRCAWGGBCCTTCACA518~494SYFTGAGGAAACTTACGAGCC231~248SYRCGCAAGTATCAATCAAGGT1599~1581ZYFTGCCTCTAATCCAGTGTATGC1018~1038ZYRAACCTAGAAACCCCAAC2522~2506XYFCTCCAAAATCAATGAAGTCTCC2279~2300XYRGGGCTCGTAAGTTTCCTC249~232
1) B=C, T or G; K=G or T; R=A or G; S=C or G; V=A, C or G; W=A or T;Y=C or T.1.3DNAA全序列扩增及序列测定
对于检测的阳性样品,根据已测序列,在GenBank上比对找到相似度最高的序列,在保守的区域设计3对引物,3对引物边界有重叠,涵盖DNAA全部序列,扩增阳性样品的DNAA全序列。PCR反应条件:94 ℃ 3 min,1个循环;94 ℃ 45s,55~57 ℃ 50s,72 ℃ 2 min,30个循环;72 ℃ 10 min,4 ℃保存。将PCR扩增产物克隆到载体pMD18T(TaKaRa公司),选阳性克隆,送博尚公司测序。所用克隆引物见表1。
1.4序列分析
应用DNAMAN软件将测序结果进行拼接,拼接后的全序列上传到GenBank上,并进行BLAST分析。选取已经登录的中国各地和世界各地区各株系代表性番茄黄化曲叶病毒序列(表3),采用DNA STAR、Clustal W等方法进行多序列比较分析;以甜瓜曲叶病毒(Melon leaf curl virus)为外组构建系统进化树,用Clustal W对序列进行对比分析。用MEGA 4软件,采用Kimura 2parameter距离矩阵、邻位法(NJ)构建系统树,系统树各分支置信度(Bootstrap)进行1 000次重复分析。
2结果与分析
2.1样品PCR检测结果
利用双生病毒通用引物PA和PB对135份样品总DNA进行PCR检测,结果(表2)表明:仅在吉林松源一个番茄种植棚的5份番茄样品中扩增出约535 bp的特异性条带。病毒分离物命名为JLSY。2.2TYLCVJLSY基因组的全序列及结构
利用DNAMAN软件拼接获得的3个序列后发现,JLSY全长为2781个核苷酸(EMBL登录号: KC702798)。JLSY的DNAA共编码6个开放阅读框,病毒链编码2个开放阅读框,编码AV1(CP)和AV2,反义互补链有4 个开放阅读框,编码AC1(Rep)、AC2、AC3和AC4,以及开放阅读框AV2和AC1之间(对应核苷酸2617-147 nt)含有一个长313 nt非编码的基因共同区(intergenic region, IR)。IR区含有TYLCV复制和转录所需要的各种顺式元件,如含有保守的9 个核苷酸(TAATATTAC)序列的茎环结构。表2吉林省番茄样品检测结果1)
Table 2The detection result of tomato samples in Jilin Province采集时间/年月日
Collection date采集地点
Collection site样品症状
Symptoms阳性样品数/总样品数
Positive/Total检测结果
Result20120629长春市绿园区 Lvyuan, Changchun 叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120629长春市双阳区
Shuangyang, Changchun叶片皱缩 Leaf crinkle0/8-20120629长春市榆树市 Yushu, Changchun 叶片卷曲 Leaf curl0/10-20120701长春市农安县
Nong’an County, Changchun 叶片皱缩 Leaf crinkle0/12-20120701辽源市陇山区 Longshan, Liaoyuan 叶片卷曲 Leaf curl0/5-20120701通化市通化县
Tonghua County, Tonghua 叶片皱缩 Leaf crinkle0/5-20120702白山市江源区 Jiangyuan, Baishan叶片皱缩 Leaf crinkle 0/10-20120702延边朝鲜族自治州延吉市
Yanji, Yanbian 叶片卷曲 Leaf curl0/6-20120702延边朝鲜族自治州敦化市
Dunhua, Yanbian 叶片皱缩 Leaf crinkle 0/10-20120703吉林市蛟河市 Jiaohe, Jilin 叶片皱缩 Leaf crinkle0/4-20120703吉林市船营区 Chuanying, Jilin叶片卷曲 Leaf curl0/10-20120703松原市 Songyuan叶片皱缩、黄化、矮化
Leaf crinkle, yellowing, dwarfing5/5 20120704白城市大安市 Da’an, Baicheng叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120704白城市 Baicheng叶片皱缩 Leaf crinkle0/8-20120705白城市洮北区 Zhaobei, Baicheng 叶片皱缩 Leaf crinkle0/10-20120705四平市 Siping叶片卷曲 Leaf curl0/12-
1)“ ”:阳性;“-”:阴性。
“ ”: Positive; “-”: Negative.
2.3TYLCVJLSY与其他双生病毒序列的比较分析
病毒分离物JLSY的DNAA基因全序列通过BLAST分析,结果显示序列与TYLCV相似性最高。将其与中国不同地区和国外部分地区的双生病毒进行相似性比较,样品JLSY与国内的TYLCV各分离物的相似性最高(97.1%~99.5%),其中与安徽分离物(TYLCVAnhui, FN650807) 相似性最高为99.5%,而与其他双生病毒的相似性均在89%以下。双生病毒科病毒全基因组核苷酸序列相似性小于89%,往往定位不同的病毒,大于89%则认为是同一病毒的不同株系[1214],因此确定JLSY为番茄黄化曲叶病毒的一个分离物。
为了更好地分析其系统进化关系,选取全国不同地区有代表性的分离物以及涵盖TYLCV各株系的国外其他地区番茄黄化曲叶病毒的分离物,以甜瓜曲叶病毒(Melon leaf curl virus)为外组构建系统进化树(图1)。通过进化树可以看出,吉林松原分离物TYLCVJLSY与国内山东、河北、天津地区的TYLCV聚为一个进化枝,同属于番茄黄化曲叶病毒以色列株系(TYLCVIL)。表3TYLCVJLSY與其他引起番茄黄化曲叶
病毒的双生病毒DNAA序列一致性比较
Table 3Comparison of nucleotide sequence identities of
DNAA between TYICVJLSY and other Begomovirus isolates分离物
Isolate分离地点
Location登录号
Accession no.一致性/%
IdentityTYLCVAnhui安徽 AnhuiFN65080799.5TYLCVHangzhou杭州 HangzhouFN25289099.3TYLCVTianjin天津 TianjinGU56333099.2TYLCVShaanxi陕西 ShaanxiJN41285499.2TYLCVBeijing北京 BeijingGU98385998.6TYLCVNanjing南京 NanjingFN25625998.4TYLCVHBQX河北 HebeiJQ00404698.0TYLCVSDHZ山东 ShandongHQ70286398.0TYLCVSDJN山东 ShandongJN99092798.0TYLCVIL埃及 EgyptAY59417497.8TYLCVHBRY河北 HebeiJQ00404797.7TYLCVSDCL山东 ShandongJQ03824097.4TYLCVHBBD河北 HebeiJN99092297.3TYLCVHNWH河南HenanJQ03823797.3TYLCVHNKF河南 HenanJQ00404997.2TYLCVHBDZ河北 HebeiJQ00404597.1TYLCVPortugal意大利 ItalyAF10597592.5TYLCVMild西班牙 SpainAF07122892.4TYLCVTokai日本 JapanAB43984292.1TYLCVIR伊朗 IranAJ13271191.2TYLCVKW2阿曼苏丹国 OmanJN60448591.1TYLCVKer伊朗 IranGU07644889.5TYLCVAlb23阿曼苏丹国OmanFJ95670389.3TYLCVGez苏丹 SudanAY04413889.0TYLCSVSardinia撒丁岛SardiniaX6115377.6PaLCuCNVZM1河南 HenanEU87438676.1PaLCuCNVMC河南 HenanJX55597976.0Melon leaf curl virus巴基斯坦 PakistanAM49497668.1图1TYLCVJLSY与其他番茄黄化曲叶病毒系统进化树
Fig.1Phylogenetic tree based on DNAA of TYLCVJLSY and other 28 begomoviruses species or isolates
3讨论
双生病毒给我国造成巨大的经济损失[15]。我国南方地区云南、广西、广东、福建、海南、浙江、上海和台湾等地已发现了苘麻花叶病毒(Abutilon mosaic virus)、中国南瓜曲叶病毒(Squash leaf curl virusChina)、中国番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virusChina)等约30 多种双生病毒,主要寄主植物为番茄、烟草、番木瓜和南瓜等多种作物以及杂草[1617]。在我国华北、华东地区双生病毒病的发生局限于保护地种植区域,目前报道的仅有番茄黄化曲叶病毒和中国番木瓜曲叶病毒两种,其中番茄黄化曲叶病毒占主导地位。中国番木瓜曲叶病毒分离物仅在云南、广西、广州等地有报道[1820]。
番茄黄化曲叶病毒不能通过摩擦传毒,只能以烟粉虱以持久性方式传播。随着华北、华东地区大力发展设施蔬菜以及气候的变化,保护地的生态环境为烟粉虱提供了越冬场所,造成了该病害的大面积暴发,带来严重的经济损失[21]。随着东北地区设施农业的快速发展,也为烟粉虱提供了越冬场所,番茄黄化曲叶病毒大面积暴发的可能性大大增加。病毒分离物JLSY与杭州、安徽、山东、河北、天津分离物的亲缘关系最近,而且吉林省的番茄种苗主要从天津、山东等地区调运,因此,推测吉林松原地区的病毒样品可能是浙江地区的病毒以烟粉虱为媒介传播到山东、天津等地区,后随种苗调运传播而来。
迄今,吉林省番茄种植面积1万hm2。其中,保护地番茄种植面积已达6 667 hm2以上,占保护地蔬菜种植面积的第1位。近年来,保护地番茄栽培形成了日光温室冬春季栽培、早春塑料大棚栽培和保护地秋延后栽培等多种茬口。目前,吉林番茄已出现番茄黄化曲叶病疫情,因此,应采取及时有效的防范措施,如加大对种苗的检测、完善栽培方法等,保障温室番茄的安全生产。
参考文献
[1]Picó B, Díez M J, Nuez F. Viral diseases causing the greatest economic losses to the tomato crop. II. The Tomato yellow leaf curl virus—a review[J]. Scientia Horticulturae, 1996, 67(3): 151196.
[2]Lazarowitz S G, Shepherd R J. Geminiviruses: genome structure and gene function[J]. Critical Reviews in Plant Sciences, 1992, 11(4): 327349.
[3]洪益国, 蔡健和, 王小凤. 烟草曲叶双生病毒分子进化的初步研究[J]. 科学通报, 1994, 39(2): 165168.
[4]洪益国, 蔡健和, 王小凤, 等. 中国南瓜曲叶病毒: 一个双生病毒新种[J]. 中国科学: B 辑, 1994, 24(6): 608613.
[5]何自福, 虞皓, 罗方芳. 番茄烟粉虱传双生病毒 PCR 检测[J]. 中国病毒学, 2004, 19(1): 6769.
[6]张加放, 李伟. 番茄黄化曲叶病毒病发病症状, 原因及综合防治[J]. 上海农业科技, 2008(2): 103.
[7]王冬生, 匡开源, 张穗, 等. 上海温室番茄黄化曲叶病毒病的发生与防治[J]. 长江蔬菜, 2006(10): 2526.
[8]曲昌明. 辽宁省粉虱种群演替与番茄黄化曲叶病毒病防控对策[J]. 农业科技通讯, 2012(12): 203204.
[9]何少伟. 建平县番茄黄化曲叶病毒病发生情况调查[J]. 农村实用科技信息, 2013(5):57.
[10]苏国辉. 番茄黄化曲叶病毒病的诊断与防治[J]. 中国农技推广, 2011, 27(4): 4445.
[11]Xie Y, Zhou X, Zhang Z, et al. Tobacco curly shoot virus isolated in Yunnan is a distinct species of Begomovirus[J]. Chinese Science Bulletin, 2002, 47(3): 199201.
[12]Padidam M, Beachy R N, Fauquet C M. Classification and identification of geminiviruses using sequence comparisons[J]. Journal of General Virology, 1995, 76(2): 249263.
[13]Harrison B D, Robinson D J. Natural genomic and antigenic variation in whiteflytransmitted geminiviruses (Begomoviruses)[J]. Annual Review of Phytopathology, 1999, 37(1): 369398.
[14]Deng D, McGrath P F, Robinson D J, et al. Detection and differentiation of whiteflytransmitted geminiviruses in plants and vector insects by the polymerase chain reaction with degenerate primers[J]. Annals of Applied Biology, 1994, 125(2): 327336.
[15]周雪平, 崔晓峰, 陶小荣. 双生病毒——一类值得重视的植物病毒[J]. 植物病理学报, 2003, 33(6): 487492.
[16]Zhou X P, Xie Y, Zhang Z K. Molecular characterization of a distinct begomovirus infecting tobacco in Yunnan, China[J]. Archives of Virology, 2001, 146(8): 15991606.
[17]Wu J B, Dai F M, Zhou X P. First report of Tomato yellow leaf curl virus in China[J]. Plant Disease, 2006, 90(10): 13591359.
[18]王玉, 丁銘, 杨莉, 等. 侵染番茄的中国番木瓜曲叶病毒基因组结构特征[J]. 西南农业学报, 2010(6): 19171922.
[19]蔡健和, 王向阳, 李桂新, 等. 中国番木瓜曲叶病毒南宁分离物的基因组结构特征[J]. 植物病理学报, 2005, 35(5): 446450.
[20]张鲁斌, 周国辉, 李华平, 等. 侵染广州番木瓜的曲叶病毒 DNAA分子特征及生物学测定[J]. 中国农业科学, 2005, 38(9): 18051810.
[21]Polston J E, McGovern R J, Brown L G. Introduction of Tomato yellow leaf curl virus in Florida and implications for the spread of this and other geminiviruses of tomato[J]. Plant Disease, 1999, 83(11): 984988.
[10]肖炎农, 李建生, 郑用链, 等. 湖北省玉米纹枯病病原丝核菌的种类和致病性[J]. 菌物系统, 2002, 21(3): 419424.
[11]Lipps P E, Herr L J. Etiology of Rhizoctonia cerealis in sharp eyespot of wheat[J].Phytopathology,1982,72:15741577.
[12]Parmeter J R.Rhizoctonia solani, biology and pathology[M]. Berkeley: University of California Press, 1970.
[13]肖勇, 刘明伟, 李刚, 等. 四川省水稻立枯丝核菌 Rhizoctonia solani 的遗传分化与致病力[J]. 中国水稻科学, 2008, 22(1): 8792.
[14]邓振山, 张宝成, 孙志宏, 等. 新疆北疆棉田立枯丝核菌不同菌丝融合群致病力的研究[J]. 植物保护, 2006, 32(4), 3639.
[15]黄江华, 杨媚, 周而勋, 等. 广州地区10种作物立枯丝核菌菌丝融合群测定[J]. 仲恺农业技术学院学报, 2002, 15(1): 1418.
[16]伍恩宇, 夏海波, 于金凤. 茄科蔬菜立枯丝核菌的融合群鉴定[J]. 植物病理学报, 2008, 38(4): 429432.
[17]李克梅, 郭庆元, 赵莉, 等. 新疆苜蓿立枯丝核菌菌丝融合群及其致病性研究[J]. 草业科学, 2009(5): 151154.
[18]杨金红, 白丽艳, 郭庆元, 等. 新疆奶花芸豆立枯丝核菌菌丝融合群及其致病性研究[J]. 新疆农业科学, 2006, 43(4): 302305.
[19]井岩, 李晓妮, 金凤. 中国北方棉花主产区立枯丝核菌的融合群鉴定[J]. 菌物学报, 2012, 31(4): 540547.
[20]曹守峰. 中国与中亚五国棉花生产与贸易竞争力比较分析[J]. 中国棉花, 2011, 38(5): 1113.
[21]Kuramae E E, Buzeto A L, Ciampi M B, et al. Identification of Rhizoctonia solani AG1IB in lettuce, AG4HGⅠin tomato and melon, and AG4HGⅢ in broccoli and spinach, in Brazil[J]. European Journal of Plant Pathology, 2003, 109: 391395.
[22]杨金紅, 郭庆元, 季良. 新疆6种豆科作物立枯丝核菌菌丝融合群研究[J]. 新疆农业科学, 2005, 42(6): 382385.
[23]杨金红. 11种豆科作物立枯丝核菌菌丝融合群及营养亲和群研究[J]. 植物保护, 2009, 35(6): 83 86.
[24]李宝栋,朱颖初. 棉立枯菌对不同棉花品种致病力的测定[J]. 植物保护, 1985,11(6): 3132.2014,40(2):8184Plant Protection