病毒诱导的基因沉默防控烟草马铃薯Y病毒病研究

  背景  病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）是植物抗病毒侵染的一种自然机制。  方法  以马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）脉坏死株系（PVYN）的外壳蛋白（coat protein, CP）基因为靶向序列,构建烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus,TRV）介导的基因沉默表达载体pTRV2-CP,转化农杆菌GV3101后,与pTRV1-GV3101混合成TRV: : CP（OD₆₀₀ 0.4~0.6）喷施处理剪叶后的烟苗,测定其侵染效率。人工接种PVY于对照及TRV: : CP处理的烟苗,RT-qPCR检测、表型观察和小区试验评价TRV介导的VIGS体系对PVY侵染的沉默效果。  结果  ① 与TRV: : 00相比,接种PVY 35 d时,TRV: : CP处理的烟株中PVY累积量减少了72.8%;②VIGS表达载体45 d内能有效表达;③温室盆栽和田间小区试验TRV: : CP处理对PVY防治效果分别达到85.12%和73.08%。  结论  研究建立的VIGS体系能够沉默PVY CP基因的表达,有效防治烟草马铃薯Y病毒病,为PVY的防治提供了新的方法。      

一株突破va基因型烟草抗性的PVY病毒分离物的鉴定

  背景和目的  近来,能突破va基因型抗性的马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)毒株在烟草上不断出现。2016年,我们分离到一株抗性突破的毒株PVY-CJ,本文对该病毒分离物进行了验证和鉴定。  方法  采用病毒重新接种、多重RT-PCR、RT-PCR分段扩增病毒全长基因组、PVY病毒分子进化分析及病毒蛋白VPg蛋白序列比对等方法对PVY-CJ毒株进行了验证和鉴定。  结果  三种重新接种了PVY-CJ的va基因型烟草品种均发病。多重RT-PCR结果将PVY-CJ鉴定为PVYNTN株系。序列分析表明,PVY-CJ全长基因组包含一个全长9180 nt的开放读框,其编码一个3060 AA的多聚蛋白。分子进化分析进一步验证了其归类于PVYNTN株系。相比其他PVYNTN株系毒株,PVY-CJ的VPg蛋白105位氨基酸出现了一个由赖氨酸到谷氨酸的替换,而这一氨基酸替换导致了其对va基因来源抗性的突破。  结论  我们首次报道并鉴定了国内一株能突破va基因型烟草抗性的PVY毒株—PVY-CJ。这为进一步研制PVY抗病烟草品种提供了材料。      

2003年度国家烟草专卖局科学技术进步奖获奖项目简介(II)

1　东北地区烟草马铃薯Y病毒病发生规律及防治技术研究该项目鉴定了我国烟草上的PVY共有 4个株系 :PVYO(普通株系 )、PVYN(脉坏死株系 )、PVYNS(茎坏死株系 )和PVYC(点刻条斑株系 ) ,以PVYN 为优势株系。利用CORESTA PVY合作小组提供的国际鉴别寄主 ,室内外测定比较了我国的PVYN 与国际上已报道的PVY各株系的差异 ,认为我国PVYN 与欧洲 3号株系极相似 ,而与美国的两个株系MsNr和VAM B及欧洲的其它株系差异较大 ;开展了PVYN 分子生物学研究 ,克隆获得了PVYN 的复制酶基因 (PVYN NIb)和PVYN 的外壳蛋白基因 (PV…     

黔南烟草马铃薯Y病毒(PVY)株系的分子鉴定

为了揭示贵州省黔南烟区马铃薯Y病毒(PVY)株系分布及分子变异规律,先利用血清学方法初步鉴定PVY株系,再选择19个PVY分离物进行分子鉴定.结果表明,克隆的19个PVY cDNA片段全长均为1074 nts,包含1个801 nts的完整cp基因,编码266个氨基酸.序列比对发现,19个黔南PVY分离物cp基因核苷酸序列相似性为87.0％ ～ 99.9％,与GenBank登录的其他17个PVY株系cp基因序列相似性为86.6％ ～ 99.9％.系统进化树分析表明,黔南烟区19个PVY分离物中,有3个PVY分离物与PVYN株系和PVYNTN亲缘关系较近,而其他16个PVY分离物与PVYNN:O株系的亲缘关系最近.     

烟草PVY Real-Time PCR定量检测体系的建立及应用

马铃薯Y病毒是近年来危害烟草生产的重要病毒之一,严重影响烟草的产量与品质。本研究利用DNAMAN软件对GenBank数据库中已登录的马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)全基因组序列进行序列比对,设计引物,以烟草肌动蛋白基因为内参,建立了烟草PVY的实时定量检测体系。获得的real-time PCR扩增基线平整,指数扩增明显,斜率大;稳定性和重现性好,变异系数小;循环阈值与PCR起始模板量对数之间存在良好的线性关系。与DAS-ELISA相比,该方法具有高效、灵敏、特异性强等优点,为从分子生物学水平上检测烟草中PVY提供了新的技术手段。     

马铃薯Y病毒两个黑龙江烟草分离物的全基因组序列分析

为明确黑龙江烟区马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)分子株系和进化特征,从哈尔滨和牡丹江感病烟草采集到Harbin和MDJ两个样品,通过RT-PCR扩增了其全基因组序列,并进行了一致率、重组、系统发育和选择压力等分析。结果表明,2个分离物(GenBank登录号分别为MH933741和MH933742)基因组全长均为9699核苷酸。Harbin与MDJ和比利时分离物GBVC 26(JQ969039)一致率最高,为98.5%;MDJ与Harbin和GBVC 26一致率最高,为98.5%。Harbin是美国分离物Oz和瑞士分离物N-605的重组体,MDJ是美国分离物CW和N-605的重组体。利用全基因组序列构建的系统进化树显示,PVY分离物分为9个组,Harbin和MDJ均属PVYN-Wi组。PVY的11个基因均处于负选择,其中NIa蛋白基因的选择压力最大。      

烟草花叶病毒病的分子鉴定

为了建立烟草病毒病的分子鉴定体系,采用TMV,CMV和PVY3种病毒的检测引物对烟草花叶病样品进行了RT-PCR扩增,并从核酸水平上对病毒基因序列进行了分析。RT-PCR鉴定结果显示,该病害病原为TMV,测序结果显示扩增产物长923bp,序列比对后发现该序列与TMV3个中国分离物的同源性高达97%,序列分析结果表明该段序列位于TMV基因组3'末端,包含部分MP基因、完整CP基因和3'端非编码区。对CP基因进行了系统进化分析,且该序列已成功登陆GenBank。     

烟草4种病毒的多重RT-PCR检测方法构建

为有效鉴定烟草的主要病毒,包括烟草普通花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)、黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)、马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)和烟草脉带花叶病毒(Tobacco vein banding mosaic virus,TVBMV),建立了一种同时检测这4种病毒的多重RT-PCR检测方法。通过人工接种4种病毒试验,发现TVBMV在混合侵染中受TMV、CMV和PVY的拮抗作用。为提高4种病毒复合侵染下TVBMV的检测灵敏度,筛选出TVBMV中表达水平最高的PIPO基因,利用该基因结合TMV、CMV和PVY的CP基因,基于保守区域设计引物,并优化引物及模板的浓度,在一个PCR反应体系中稳定扩增获得大小分别为700、452、275和235 bp的产物。该方法实现了对多种病毒的同时检测,适用于目前大部分烟区田间病毒复合侵染的监控。     

贵州烟草上一株PVY坏死株系全序列测定与分析

2007年从贵州省贵定烟区采集一株呈典型马铃薯Y病毒坏死株系(Potato virus Y vein necrosis strain,PVYN)的烟草病毒病样,经PVY鉴别寄主枸杞(Lycium barbarum L.)单斑分离纯化后,于枯斑三生烟(Samsun NN)株上保存,得到PVY分离物Guiding-3。以GenBank中已有的PVY全序列为基础,设计了3对PVY特异引物。通过总RNA提取、RT-PCR及序列测定,发现所测得的PVY分离物Guiding-3全长基因组序列(NCBI登录号为HM590405)包括9 699个碱基,整条序列仅包含一个由9 186个碱基组成的开放读码框(ORF),编码一条包含3 061个氨基酸的多聚蛋白。利用MEGA软件对所测得的PVY全序列与GenBank中已有的PVY全序列进行系统进化分析,发现Guiding-3分离物的序列与PVYN、PVYNTN、PVYN:O、PVYO、PVYNNP株系的一致性分别为98%、97%、94%、92%、85%,在已有的PVY株系中,Guiding-3分离物与PVYN株系具有较高的进化亲缘关系。另外,还对PVY的分子变异进行了初步讨论。     

烟草中TMV、CMV和PVY多重RT-PCR检测体系的建立与应用

利用DNAMAN软件对GenBank数据库中已登录的烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)、黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaicvirus,CMV)和马铃薯Y病毒(Potato virusY,PVY)全基因组序列进行序列比对,选择最保守的区域,进行相应病毒的引物设计,建立了多重RT-PCR检测烟草中TMV、CMV和PVY的技术体系。对3条扩增片段进行回收、测序和BLAST比较,结果表明多重RT-PCR所扩增的片段序列均与预期设计序列相符,同源性均在98%以上。利用多重RT-PCR对广西区132个烟草病毒病样品进行检测分析,结果表明TMV检出率为91.7%,CMV检出率为18.2%,PVY检出率为55.3%。较单一的RT-PCR,具有简便、快速和经济的特点。与酶联免疫吸附法(Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA)相比,其检测限度高出ELISA的检测限度104级数,具有更高的特异性与准确性。该方法可以同步快速、特异地检测出烟草中TMV、CMV和PVY病毒的侵染。     

PVY、CMV双价抗性RNA沉默表达载体的构建

采用RT-PCR方法克隆了PVYCP基因、PVYHC-Pro基因、CMVCP基因和CMV2b基因的保守片段,分别将PVYCP片段和CMV2b片段、PVYHC-Pro片段和CMV2b片段、PVYHC-Pro片段和CMVCP片段连接起来,以此为靶标构建并得到3个RNA沉默表达载体pCAMPb、pCAMHb和pCAMHP。获得的载体可以应用于植物转基因抗病毒育种工程中。     

河南烟草主要病毒发生种类及侵染类型分析

为进一步明确河南烟区主要病毒种类及侵染类型,2020年从河南9个烟区分别采集疑似烟草普通花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、马铃薯Y病毒(PVY)和烟草蚀纹病毒(TEV)侵染的烟草样本共407份,分别利用上述4种病毒的特异性引物进行单重RT-PCR病原检测。检测结果表明,河南烟区病毒病样本的总检出率为98.28%,其中,检出率最高的是CMV为89.19%,其余依次为TMV 63.88%、PVY 28.99%和TEV 24.32%。侵染类型分为单一病毒侵染和复合病毒侵染,单一病毒侵染率为23.34%,该侵染类型中CMV所占比例最高,为16.71%;复合病毒侵染率为74.94%,复合病毒侵染类型中CMV+TMV所占比例最高,为36.86%,其次分别为CMV+TMV+PVY和CMV+TEV+PVY两种侵染类型,侵染比例均是7.62%。因此,CMV是2020年河南烟区的优势病毒,田间侵染以复合病毒侵染为主,侵染类型主要有CMV+TMV、CMV+TMV+PVY及CMV+TEV+PVY。     

烟草野生种eIF4E1-S同源基因的多样性与马铃薯Y病毒抗性分析

  背景和目的  在栽培烟草中,真核生物翻译起始因子（Eukaryotic translation initiation factor 4E1,eIF4E1-S）的缺失或突变能够抗马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）侵染。为了解烟草野生种eIF4E1-S同源基因的多样性和PVY抗性状况,预测野生种含有抗PVY新基因（即不同于eIF4E1-S基因缺失或突变的基因）的可能性。  方法  本文设计了普通烟草eIF4E1-S和其同源基因eIF4E1H-T（非感病基因）的特异引物,扩增测定了34个烟草野生种的同源基因cDNA序列,分析了野生种PVY抗性与感马铃薯Y病毒属病毒eIF4E蛋白关键结构域序列（loop1和loop2）的相关性。  结果  在eIF4E1-S同源基因的系统进化树上,绒毛烟草组（Tomentosae）的4个抗PVY野生种Nicotiana otophora、N.setchelli、 N.tomentosa、 N.tomentosiformis聚成一组,loop1和loop2的氨基酸序列与eIF4E1H-T一致,这4个野生种对PVY的抗性可能与eIF4E1进化为eIF4E1H-T有关、包含抗PVY新基因的可能性较低。圆锥烟草组（Paniculatae）的4个抗PVY野生种N.benavidesii、N.raimondii、 N.cordifolia、N.knightiana聚成一组,同源基因氨基酸序列与eIF4E1-S一致率高于eIF4E1H-T,但loop1和loop2氨基酸序列相互之间差异较大,这4个野生种包含抗PVY新基因的可能性中等。与eIF4E1-S聚成一个小分支的N.glauca、N.noctiflore、N.africana高抗5个PVY分离物（包含可克服va抗性的PVY分离物）,其中N.glauca、N.noctiflore的同源基因loop1氨基酸序列与eIF4E1-S相同,loop2与eIF4E1-S之间只有1-2个氨基酸差异,N.africana同源基因loop1与eIF4E1-S和eIF4E1H-T差异较大、loop2与eIF4E1-S之间只有1个氨基酸差异（V97M）。推测这3个野生种的PVY抗性与eIF4E1的突变无关且含有新的抗PVY基因可能性高,可作为重点抗源研究利用。  结论  根据PVY侵染栽培烟草所利用的寄主因子eIF4E1-S基因的同源基因的多样性,抗PVY烟草野生种存在抗PVY新基因的可能性划分为高、中和低三档。N.glauca、N.noctiflore、N.africana含有新的抗PVY基因可能性高于其他供试野生种。      

黔江烟田病毒与周边作物及杂草携毒关系分析

为明确烟田烟叶携带病毒与周边作物和杂草携带病毒的亲缘关系,利用RT-PCR克隆烟田烟叶与周边杂草和作物携带病毒外壳蛋白（CP）,通过MEGA序列比对分析黔江烟田烟叶和周边杂草与作物所带病毒种类及其亲缘关系。结果显示,黔江地区烟草感染病毒有烟草普通花叶病毒（TMV）、黄瓜花叶病毒（CMV）和马铃薯Y病毒（PVY）;在烟田周边杂草和作物番薯、四季豆、糯米团、三悬叶钩草、杂草中检测到了TMV;自番薯、四季豆、蓬蘽、千里光、糯米团、三悬叶钩草中扩增出CMV;自番薯、四季豆、假酸浆、杂草中扩增出了PVY。进化关系分析显示,三悬叶钩草、四季豆、糯米团以及番薯为黔江烟田烟叶TMV的主要来源,蓬蘽为烟叶病毒病CMV的侵染源,假酸浆为烟田PVY的主要来源。     

烟草PVY隐性抗病基因的分子标记及其适用性

马铃薯Y 病毒(Potato virus Y,PVY)是危害烟草的重要病害, 种植抗病品种是经济有效的防治措施。分子标记辅助选择可提高抗病育种效率。来源于X-射线诱变的Virgin A Mutante(VAM) 的隐性抗PVY 基因位点(va)被广泛应用于烟草抗病育种。为了提高va 位点的育种利用效率, 根据烟草隐性抗PVY 基因(感病基因)eIF4E-1 基因序列, 设计特异扩增的引物CF2GR11,开发eIF4E-1 基因的分子标记, 并检测了该标记与抗性的遗传距离和在常见烟草资源中的适用性。CF2GR11 在云烟87、红花大金元和K326 等感PVY 品种可扩增出500 bp 产物, 在NC102、NC55 和K326PVY 等抗病品种无扩增条带。以抗、感PVY 亲本构建的101 个F₂ 单株为定位群体, 遗传连锁分析表明, CF2GR11 标记与烟草PVY 感病基因的遗传距离为0.99 cM。对46 份PVY 抗性明确的栽培烟草资源的检测表明, 供试资源的标记检测结果与抗性的吻合度为100%, 表明CF2GR11 标记适用性高。该目的基因标记可用于抗PVY 育种的辅助选择和抗PVY 资源的鉴定。      

烟草种质资源抗马铃薯Y病毒病基因型鉴定

  背景和目的  从作物种质资源中进行等位基因鉴定,特别是优异等位基因的发掘和应用,是使种质资源加速转变为基因资源的关键所在。  方法  采用苗期汁液摩擦接种的方法,对烟草种质资源的马铃薯Y病毒（Potato virus Y,PVY）抗病性进行鉴定;通过烟草隐性抗PVY基因eIF4E1（又称为感PVY基因eIF4E1）等位性测验、等位基因分子标记检测和RT-PCR扩增测序,对PVY抗病资源进行基因型分析。  结果  （1）从收集到的900多份来自国内外的烟草种质资源中筛选出19份高抗PVY资源。（2）根据等位性测验结果推断19份抗源所具有的PVY抗性均由eIF4E1基因所控制。（3）等位基因分子标记检测和RT-PCR扩增测序结果将19份抗源的eIF4E1基因区分为4种突变类型。  结论  本研究结果丰富了我国对抗PVY烟草种质资源的筛选和利用的内容,为后续烟草PVY抗性优异等位基因的发掘和育种利用提供了基础材料和信息支撑。      

m型硫氧还蛋白对马铃薯Y病毒侵染烟草的影响

为进一步明确病毒与寄主间的相互作用关系,通过同源比对在烟草细胞中克隆到具有m型硫氧还蛋白(m-type thioredoxin)特征的基因,暂命名为Nt Trm。利用原生质体瞬时转化技术、病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)、半定量-PCR以及Northern blot检测技术研究Nt Trm的表达以及Nt Trm表达与PVY积累的关系。结果表明,在PVY接种10 d后红花大金元叶片中Nt Trm表达明显上调;在本氏烟草叶片中Nt Trm下调显著促进了PVY在烟草叶片中的积累;而在烟草原生质体中Nt Trm过量表达则会明显抑制病毒RNA的积累。初步说明烟草细胞内编码m型硫氧还蛋白的基因受PVY侵染而被诱导表达,这类基因的上调表达可能影响PVY在烟草细胞中的侵染。