贵州百香果主要种植区病毒种类的检测

2024-12-31 00:00:00闫艺心乔光周奎张曼莹李蕊蕊文晓鹏
热带作物学报 2024年7期
关键词:病毒检测百香果贵州

摘""要:百香果(Passiflora"edulis)作为贵州特色优势水果,在巩固脱贫攻坚成果和深入实施乡村振兴战略中具有重要意义。但近年来百香果病毒病危害日趋严重,造成产量和品质急剧下降,严重影响产业发展。为确定贵州百香果主要种植区病毒种类、分布及复合侵染情况,本研究从贵州省罗甸县、从江县、榕江县、镇宁县和贞丰县5个百香果主要种植区采集疑似感病叶片153份,采用RT-PCR技术对其进行检测。结果表明:样本共检测到7种病毒,分别是东亚西番莲病毒(East"Asian"Passiflora"virus,"EAPV)、夜来香花叶病毒(Telosma"mosaic"virus,"TeMV)、黄瓜花叶病毒(Cucumber"mosaic"virus,"CMV)、芜菁花叶病毒(Turnip"mosaic"virus,"TuMV)、西番莲斑驳病毒(Passiflora"mottle"virus,"PaMV)、西番莲潜隐病毒(Passiflora"latene"carlavirus,"PLV)和马铃薯Y病毒(Potato"virus"Y,"PVY)。EAPV检出率最高,达96.08%,以下依次为TeMV(81.70%)、CMV(78.43%)、TuMV(44.44%)、PaMV(26.80%)、PVY(24.84%)和PLV(15.03%);值得重视的是,PVY主要为害马铃薯,而侵染百香果为首次报道。本次检测到的7种病毒的测序结果与相应参考序列的核酸一致性均在95%以上,经构建进化树发现,EAPV、TeMV、PaMV、PLV、TuMV分别与中国各省份的百香果病毒分离物存在一定的地理聚集性,而CMV和PVY分别与西班牙CMV甜瓜分离物和卢旺达PVY辣椒分离物亲缘关系最近,这说明这些病毒来源及感染途径复杂,未在国内大面积传播。本次共检测到24种复合侵染类型,以3~5种复合侵染类型为主,复合侵染率达94.77%,其中EAPV+TeMV+CMV组合是复合侵染中出现最多的类型;EAPV、TeMV和CMV的检出率高达78.43%~96.08%,在5个百香果主要种植区均有检出,且在多种复合侵染类型中普遍存在,因此这3种病毒为侵染贵州百香果主要种植区的优势病毒。此外,本研究建立了EAPV、TeMV和CMV的多重PCR检测体系,为相关病毒的快速检测提供技术支持。

关键词:贵州;百香果;病毒检测;RT-PCR;复合侵染

中图分类号:S436.67""""""文献标志码:A

Detection"of"Virus"Species"from"Main"Plantation"Areas"of"Passion"Fruit"(Passiflora"edulis)"in"Guizhou

YAN"Yixin,"QIAO"Guang,"ZHOU"Kui,"ZHANG"Manying,"LI"Ruirui,"WEN"Xiaopeng*

College"of"Life"Sciences,"Guizhou"University"/"Institute"of"Agro-bioengineering"/"Key"laboratory"of"Plant"Resource"Conservation"and"Germplasm"Innovation"in"Mountainous"Region"(Ministry"of"Education),"Guiyang,"Guizhou"550025,"China

Abstract:"Passion"fruit"(Passiflora"edulis)"is"a"characteristic"and"advantageous"fruit"in"Guizhou,"which"is"of"great"significance"in"poverty"relief"consolidation"and"the"rural"revitalization."However,"in"recent"years,"the"viral"diseases"of"passion"fruit"have"become"increasingly"severe,"leading"to"a"sharp"decline"in"yield"and"quality,"which"thereby"seriously"constrain"industry"development"of"passion"fruit."In"order"to"determine"the"virus"species,"distribution"and"compound"infestation"in"the"main"plantation"areas"of"passion"fruit"in"Guizhou"province,"a"total"of"153"samples"suspectedly"infected"by"virus"were"collected"from"five"main"plantation"orchards"of"passion"fruit"in"five"counties,"i.e."Luodian,"Congjiang,"Rongjiang,"Zhenning"and"Zhenfeng,"and"the"virus"detection"was"carried"out"by"RT-PCR."The"results"showed"that"seven"viruses"were"detected"from"the"tested"samples,"namely"East"Asian"Passiflora"virus"(EAPV),"Telosma"mosaic"virus"(TeMV),"Cucumber"mosaic"virus"(CMV),"Turnip"mosaic"virus"(TuMV),"Passiflora"mottle"virus"(PaMV),"Passiflora"latene"carlavirus"(PLV),"and"Potato"virus"Y"(PVY),"among"which"PVY"infection"was"firstly"reported"from"passion"fruit."EAPV"was"the"most"prevalent"one"with"infection"rate"as"high"as"96.08%,"followed"consecutively"by"TeMV"(81.70%),"CMV"(78.43%),"TuMV"(44.44%),"PaMV"(26.80%),"PVY"(24.84%)"and"PLV"(15.03%)."In"the"present"case,"the"distribution"of"passion"fruit"viruses"in"Guizhou"province"and"the"diversity"of"virus"sequences"were"analyzed."Seven"viruses"were"detected"in"Zhenning,"six"in"Zhenfeng,"five"in"Rongjiang"and"Congjiang,"and"three"in"Luodian."There’snbsp;a"close"identity"between"the"nucleic"acid"of"the"seven"detected"viruses"and"the"corresponding"reference"sequences"(above"95%)."Phylogenetic"analysis"revealed"that"EAPV,"TeMV,"PaMV,"PLV"and"TuMV"somewhat"geographical"clustered"with"passion"fruit"virus"isolated"from"other"provinces"in"China."CMV"and"PVY"were"most"closely"related"to"Cucumis"melo"CMV"isolated"from"Spain"and"Capsicum"annuum"PVY"isolated"from"Rwanda"respectively,"suggesting"that"the"virus"sequences"diversely"varies"among"the"origins"in"China."A"total"of"24"types"of"mixed"infection"were"detected"in"the"main"growing"areas"of"passion"fruit"in"Guizhou,"and"the"complex"infection"rate"was"as"high"as"94.77%."The"complex"infection"with"3-5"types"predominated"in"the"tested"samples,"and"the"combination"of"EAPV+TeMV+CMV"was"most"frequent"among"the"complex"infections"among"which,"EAPV,"TeMV"and"CMV"detected"ranged"from"78.43%"to"96.08%"in"the"five"counties,"somehow"reflecting"that"they"were"the"major"viruses"to"prevent"in"passion"fruit"industry"of"Guizhou"province."In"addition,"a"multiplex"PCR"assay"system"for"EAPV,"TeMV"and"CMV"was"established"in"this"study,"which"provides"technical"support"for"the"rapid"detection"of"related"viruses.

Keywords:"Guizhou;"Passiflora"edulis;"virus"detection;"RT-PCR;"complex"infestation

DOI:"10.3969/j.issn.1000-2561.2024.07.020

百香果又称西番莲(Passiflora"edulis),是西番莲科(Passifloraceae)西番莲属(Passiflora"Linn.)多年生常绿藤本热带水果,原产于南美洲,我国引种栽培后主要分布在台湾、广西、贵州、福建、广东、海南和云南等亚热带及热带地区[1]。百香果作为“第三代新兴果树”[2],集果用、药用、油用和庭院观赏为一体[3],且当年种植当年挂果,经济见效快,我国不少地区将其列为“短、平、快”的农业项目[4]。

在百香果种植过程中,病毒病是其效益发挥的重要制约因素[5]。百香果感染病毒后,植株出现叶片黄化、花叶、畸变、卷曲,果实小且畸形,严重影响经济效益[1]。由于百香果多采用营养繁殖,且长期连作,使病毒病蔓延迅速[6]。目前,已报道能侵染百香果的病毒高达40余种,包括东亚西番莲病毒(East"Asian"Passiflora"virus,"EAPV)[7]、夜来香花叶病毒(Telosma"mosaic"virus,"TeMV)[8]、黄瓜花叶病毒(Cucumber"mosaic"virus,"CMV)[9]、西番莲木质化病毒(Passion"fruit"woodiness"virus,"PWV)[10]和豇豆蚜传花叶病毒(Cowpea"aphid-"borne"mosaic"virus,"CABMV)[11]等。在贵州种植的百香果上,严佳文等[12]检测到CMV和TeMV,任羽羽等[13]检测到PLV,这些结果为当地百香果产业发展及病毒病防控提供了参考,但这些检测仅涉及个别种植园,尚缺乏全省主要种植区病毒病种类和分布的报道。本研究拟采用RT-PCR法,对贵州百香果的病毒种类及复合侵染情况进行鉴定分析,旨在为全省范围内百香果果园规划、种苗繁育和病毒病防控等产业问题提供参考。

1""材料与方法

1.1""材料

2021—2022年,从贵州省罗甸县、从江县、榕江县、镇宁县和贞丰县百香果种植基地,采集百香果疑似感病叶片153份(表1),样品症状主要包括花叶、黄化、皱缩、卷曲等;另采集健康百香果种子萌发的实生苗叶片作为阴性对照。所有样品经液氮速冻后于–80"℃超低温冰箱保存备用。

1.2""方法

1.2.1""总RNA的提取""采用RNA提取试剂盒(Omega"Bio-Tek)提取疑似病毒侵染叶片混合样品总RNA,具体方法参照试剂说明书。用酶标仪测定其浓度和纯度,琼脂糖凝胶电泳检测其质量。

1.2.2""引物合成""根据GenBank上已登录的序列,利用Oligo"7软件设计EAPV、TeMV、CMV、TuMV、CABMV、PWV的特异性检测引物,PaMV、PLV、PVY的检测引物参考相关文献报道(表2),本研究所有引物均委托生工生物工程(上海)股份有限公司进行合成。

1.2.3""cDNA合成及RT-PCR扩增""以疑似病毒侵染的百香果叶片RNA为模板,逆转录合成cDNA第一链,具体过程见逆转录试剂盒说明书(TaKaRa宝生物工程有限公司)。以cDNA为模板,进行RT-PCR扩增,扩增体系为50"μL:2×"Canace"Gold"PCR"buffer"25"μL,Hieff"Canace"Gold"High-Fidelity"DNA"Polymerase"0.5"μL,10"μmol/L的上下游引物各2.5"μL,cDNA模板5"μL,无菌ddH2O补足后混合均匀。PCR具体反应程序为:98"℃预变性6"min;98"℃变性10"s,60"℃退火20"s,72"℃延伸30"s,循环35次;72"℃延伸5"min,4"℃保存。取PCR产物进行1%琼脂糖凝胶电泳,通过凝胶成像系统观察结果。PCR阴性对照为百香果无病毒侵染的实生苗。

1.2.4""PCR产物回收及测序""采用DNA凝胶回收试剂盒(TaKaRa宝生物工程有限公司)将特异性目的片段回收纯化,连接PEASY-Blunt载体(全式金生物技术股份有限公司产),转化至大肠杆菌感受态中,将PCR阳性克隆产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。测序结果与NCBI数据库中对应序列进行Blast比对。采用MEGA-7的邻接法(Neighbor-Joining,"NJ)进行1000次置信度自展分析,并构建进化树。

1.2.5""统计及分析""采用RT-PCR法,对采集的153份百香果疑似感病叶片进行病毒检测,统计病毒检出样本数、采集样本数、分布情况及贵州百香果病毒的复合侵染类型。病毒检出率=病毒检出样本数/采集样本数×100%。

1.2.6""多重RT-PCR扩增体系的优化和建立""以复合感染EAPV、TeMV和CMV病毒的百香果样品cDNA为模板,适量稀释后进行多重RT-PCR扩增。对多重RT-PCR体系的退火温度(50、52、54、56、58、60"℃)、引物含量(0.5、1、1.5、2"μL)和循环次数(20、25、30、35、40次)进行梯度设置,以优化该反应体系。PCR扩增产物进行1%琼脂糖凝胶电泳,通过凝胶成像系统观察结果。利用优化建立后的多重RT-PCR扩增体系对采集的部分复合侵染样品进行检测,以验证该体系的准确性。

2""结果与分析

2.1""感病百香果表现症状

田间调查发现,在贵州省罗甸县、从江县、榕江县、镇宁县和贞丰县5个百香果主要种植区,均有病毒病发生,主要表现为叶片卷曲(图1A)、皱缩、畸形(图1B)、花叶、黄化、黄斑(图1C)、果皮斑驳(图1D)等症状。长期连作地区如贞丰、镇宁等,病毒病发生率明显高于新种植地区,新果园也有发生,说明苗木带毒。

2.2""样品病毒的RT-PCR检测

采用RT-PCR法对采集的153份样品进行9种病毒检测,结果显示,EAPV、TeMV、CMV、TuMV、PaMV、PLV和PVY共7对引物对可分别在286、395、690、306、261、840、447"bp处扩增出特异性条带,条带位置与预期大小吻合,清晰明亮(图2)。CABMV与PWV未扩增到预期大小的目的条带,表明样品中未检测出这2种病毒;百香果实生苗未扩增出条带,说明百香果实生苗不带病毒,可以作为阴性对照。

2.3""病毒序列分析

将上述检测到的7种病毒随机选取部分样品进行克隆测序,将获得的序列分别命名为EAPV-"GZ、TeMV-GZ、CMV-GZ、TuMV-GZ、PaMV-GZ、PLV-GZ和PVY-GZ,结果显示,这些序列与EAPV(KP114136)、TeMV(KJ789129)、CMV(KX 525733)、TuMV(KF246570)、PaMV(MK492286)、PLV(MK340756)和PVY(ON604844)核苷酸序列一致性非常高,分别为97.56%、98.41%、95.67%、98.37%、99.69%、99.23%和97.54%。

采用邻接法对7种病毒测序结果构建系统发育树,结果表明,EAPV-GZ、TeMV-GZ、PaMV-GZ、PLV-GZ和TuMV-GZ均与中国不同省份的百香果病毒分离物在同一个亚组,存在一定的地理聚集性。EAPV-GZ与台湾百香果EAPV分离物(KP 114136)有较近的亲缘关系(图3A);TeMV-"GZ与广西百香果TeMV分离物(KJ789129)聚为一支(图3B);TuMV-GZ除了与福建百香果TuMV分离物(MK340758)亲缘关系较近外,还与福建厦门蝴蝶兰TuMV分离物(KF246570)、中国TuMV芥菜分离物(LC537522)同处于一个亚组(图3D);PaMV-GZ分离物与海南百香果PaMV分离物(MK492286)以较高的自展值(Bootstrap"value=100)聚为同一分支(图3E);PLV-GZ分离物和福建百香果PLV分离物(MK340756)有较近的亲缘关系,而与福建厦门百香果PLV分离物(MK340757)亲缘关系较远(图3F)。

CMV-GZ和PVY-GZ则与不同物种的病毒分离物亲缘关系较近。CMV-GZ和西班牙甜瓜CMV分离物(KX525733)、西班牙番茄CMV分离物(AM183115)、意大利西葫芦CMV分离物(OM867855)聚为一支,有较近的亲缘关系,而与浙江半夏CMV分离物(EU723570)、中国山东矮牵牛CMV分离物(EU414799)亲缘关系较远(图3C);PVY-GZ和卢旺达辣椒PVY分离物(ON604844)亲缘关系较近,而与贵州烟草PVY分离物亲缘关系较远(图3G)。

2.4""主要病毒的检出率及分布

在贵州省5个百香果主产区采集的153份样品中,全部检测出病毒。不同的病毒分布存在一定差异(表3),EAPV的总检出率最高,达96.08%,其余依次为TeMV(81.70%)、CMV(78.43%)、TuMV(44.44%)、PaMV(26.80%)、PVY(24.84%)和PLV(15.03%)。EAPV、TeMV和CMV分布最为广泛,在所有百香果种植基地均有检出,EAPV的检出率在88.89%~100%之间,TeMV的检出率在77.78%~90.48%之间,CMV的检出率在63.89%~90.48%之间,是贵州省侵染百香果的主要病毒。TuMV在罗甸县未检出,在其余四县的检出率达52.38%~63.89%;PaMV和PLV的分布仅涉及镇宁县和贞丰县;PVY在从江县的检出率最高。镇宁县检测到7种病毒,贞丰县检测到6种病毒,榕江县和从江县检测到5种病毒,罗甸县检测到3种病毒。

2.5""病毒的复合侵染类型

本研究采集的153份样品中,共有8份为单一病毒侵染,分别为罗甸县EAPV样品3份、TeMV样品2份、CMV样品1份和贞丰县PaMV样品2份,其余145份样品均为病毒复合侵染,"复合侵染率为94.77%。共有24种复合侵染类型,其中3~5种复合侵染类型占比较大,仅在7份样品中检测到6种病毒复合侵染类型,均出现在镇宁县和贞丰县,未发现7种病毒复合侵染类型。EAPV+TeMV+CMV的复合侵染组合检出23份,是复合侵染出现最多的类型(图4)。

2.6""多重RT-PCR扩增体系的建立和优化

对侵染贵州百香果的主要病毒EAPV、TeMV"和CMV建立多重RT-PCR扩增体系。设置不同引物浓度进行扩增,结果显示引物加入量为0.5~"2"μL时,3种病毒均能扩增出目的条带,因此为节约成本,选取引物加入量为0.5"μL(反应终浓度为2.0"mmol/L)为最佳引物浓度(图5)。采用优化后的引物浓度对多重RT-PCR体系的退火温度进行筛选,结果显示当退火温度为54"℃时,3种病毒扩增的目的条带清晰无杂带,因此选取54"℃为多重RT-PCR体系的最优退火温度(图6)。采用优化后的引物浓度和退火温度对多重RT-PCR体系的循环次数进行筛选,结果显示当循环次数为35次和40次时,扩增出的条带较清晰,因此为节约循环时间,选取循环次数35次为最佳循环次数(图7)。

综上所述,多重RT-PCR的最佳反应体系为:2×Taq"PCR"MasterMix"Ⅱ"10"μL,10"μmol/L的上下游引物各0.5"μL,cDNA模板0.5"μL,无菌ddH2O补足至20"μL。最佳反应条件为:94"℃预变性3"min;94"℃变性30"s,54"℃退火30"s,72"℃延伸50"s,循环35次;72"℃延伸10"min,4"℃保存。如图8所示,利用优化后的多重RT-PCR体系对12份EAPV、TeMV和CMV复合侵染的样品进行扩增,条带位置与预期大小吻合,检测结果与单一RT-PCR扩增结果一致,因此该体系适用于EAPV、TeMV和CMV的多重检测。

3""讨论

3.1""贵州百香果病毒的复合感染情况

目前,国内外报道能侵染百香果的病毒高达44种[16],但对其复合侵染的研究较少。谢慧婷等[17]在广西百香果上检测出3种病毒,存在4种复合侵染类型,复合侵染率为34.30%;陈礼浪等[16]在海南百香果上检测出7种病毒,存在32种复合侵染类型,以2~4种病毒复合侵染为主,复合侵染率达78.91%。本研究对贵州百香果主要种植区进行检测,共检测到7种病毒及24种复合侵染类型,3~5种复合侵染类型占比较大,复合侵染率达94.77%。其中EAPV、TeMV和CMV的总检出率高达78.43%~96.08%,在5个百香果主要种植区都有检出,且在11种复合侵染类型中普遍存在,因此,这3种病毒为侵染贵州百香果主要种植区的优势病毒。

此外,本研究首次在百香果上检测出PVY。PVY最早发现于英国的马铃薯上[18],我国于1950年在烟草上首次发现[19],该病毒传播方式多样,主要以蚜虫为媒介进行传播,也可以通过汁液摩擦和嫁接等方式传播。PVY的寄主种类繁多,可侵染茄科、豆科和藜科34个属170余种植物,严重影响植物品质及产量[20]。PVY与EAPV、TeMV、PaMV等常侵染百香果的病毒均属于马铃薯Y病毒属(Potyvirus),本研究通过孙琦等[15]已建立的PVY检测体系,在百香果上首次检测出PVY,说明百香果是PVY的新宿主,这为百香果病毒病监测及防控提供了依据,为后续的相关研究提供技术支持。鉴于病毒发生和传播的特性,后续应加强对该病毒的监管与检测,防止其大面积传播。

多重RT-PCR法可同时检测多种病毒,显著提高了检测效率,但目前关于百香果的多重RT-PCR报道较少。本研究前期利用单一RT-PCR法检测出贵州百香果的主要优势病毒为EAPV、TeMV和CMV,这3种病毒在福建[10]、海南[16]、广西[17]等地也被广泛检出,是感染国内百香果的主要病毒。本研究以单一RT-PCR检测为基础,对引物浓度和退火温度等因素进行了筛选优化,建立了这3种病毒的多重RT-PCR体系,为百香果病毒的快速检测提供了技术支持。

病毒侵染百香果后会呈现不同的田间症状,植物的表型症状会随宿主种类、生长状况、生长年龄、感染阶段和外部条件不同而变化,在某些情况下,植物病毒病的症状与病虫害的发生、植物营养缺乏、逆境胁迫和除草剂损害的症状非常相似,难以辨别[21]。本研究中百香果病毒病复合侵染情况严重,存在“一毒多症”和“多毒一症”的情况,仅通过表型观察难以区分,因此在田间防治过程中,遇到疑似病毒感染植株应及时送检,以明确病毒种类,及时防治,从源头上控制该病害的发生及传播。值得注意的是,病毒病在新果园也有发生,说明苗木带病,为了贵州百香果产业的可持续性发展,培育本地脱毒苗并实行严格的种苗检验检疫措施刻不容缓。

3.2""贵州百香果的病毒序列多样性分析

序列分析对病毒溯源有一定参考价值,通过构建进化树发现,EAPV、TeMV、PaMV、PLV、TuMV均与中国各省份的百香果病毒分离物在同一亚组,存在一定的地理聚集性,这说明它们可能具有相同的进化来源,病毒是通过苗木的跨地区引种销售而实现的远距离传播。其中,EAPV-"GZ分离物与台湾百香果分离物(KP114136)一致性最高,与大陆首次检测的百香果EAPV分离物(ON641738)亲缘关系较近,因此合理推测大陆地区发现的EAPV是从台湾引种时传入的,这与谢丽雪等[7]的研究结果一致。TeMV-GZ与广西百香果亲缘关系较近,在本次采样的5个县均有检出,严佳文等[12]和任羽羽等[13]也先后检测到,这说明TeMV-GZ在贵州百香果中已经广泛流行。

将测序结果与NCBI数据库进行比对时发现,CMV和PVY与相应参考序列的相似性较低,经构建进化树可以看出,CMV和PVY分别与西班牙甜瓜和卢旺达辣椒的病毒分离物亲缘关系较近,这说明病毒来源和感染途径复杂,合理推测这也是PVY在贵州被首次发现的原因:(1)病毒的引种携带。据余亚白等[22]报道,国内百香果品种多引自于台湾,而台湾百香果均引自于海外,其中不乏民间个人引进,由于病毒病潜伏期长,缺乏引种检疫意识,病毒可能通过国外引种时传入。(2)病毒的跨物种传播。CMV和PVY的自然寄主类型丰富,传播方式多样,蚜虫等媒介可从通过啃食该病毒的其他宿主将其传播至百香果中。因此在百香果的种植过程中,除了要增强引种检疫意识,还要加强对传播媒介的防治,把进化关系较近的物种在同一地区分开种植,以免造成病毒的大面积播散。

近年来,在农村产业发展的推动下,贵州百香果产业实现了高速发展,现种植规模已跃居全国第三。百香果作为贵州的特色优势水果,对巩固脱贫攻坚成果和深入实施乡村振兴战略具有深刻的意义。本研究对贵州百香果主要种植区的病毒侵染情况进行综合分析,对该产业的健康可持续发展具有一定的参考意义。

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