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大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

作者:君君有料
大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

大豆矮化病毒是一種引起大豆矮化病的植物病毒,它屬于立體病毒科下的一種病毒,大豆矮化病毒主要通過蚜蟲媒介傳播,然後對大豆的種子造成嚴重病害。

大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

大豆矮化病毒感染大豆植株後,會引起植株的畸形和矮化,葉片與莖部出現黃化、變形等症狀,感染的大豆植株生長緩慢,葉片數量減少,嚴重影響了大豆的産量和品質。

而蚜蟲則是大豆矮化病毒的主要傳播媒介,感染病毒的蚜蟲通過吸食感染植物的汁液,病毒會傳輸到蚜蟲的體内,當這些感染了病毒的蚜蟲再次吸食健康植物的汁液時,病毒就會通過蚜蟲的體液傳播到新的植物中,導緻新的感染。

大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

是以控制大豆矮化病毒種群的傳播,對于大豆種植和農業管理至關重要,采取措施控制蚜蟲數量、選擇抗病品種、合理的農田管理等都是有效的防控政策,同實時監測病毒的流行情況,早期發現和控制病毒傳播也是重要的措施。

蚜蟲傳播測定出不同蚜蟲載體SbDV

許多RNA病毒在單一宿主中具有遺傳多樣性的群體,其重要的生物學特征可能與多樣性水準有關,包括适應性、宿主特異性和宿主範圍,在宿主之間轉移病毒可能會導緻與新宿主相關的多樣性水準發生變化。

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了解這些互相作用,有助于預測和預防新出現的病毒性疾病,黃體病毒與蚜蟲載體具有非常特異性的互相作用。

我們團隊研究表明,當大豆矮化病毒感染時,病毒适應和蚜蟲傳播之間可能存在權衡效應,在多個連續的蚜蟲傳播測定中,我們檢查了不同蚜蟲載體中的病毒滴度,以及不同植物宿主中的SbDV群體多樣性水準。

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SbDV群體的多樣性,揭示了特定類型的替換以及可能在不同宿主之間發生突變的基因組區域的偏差,而大豆中對SbDV的選擇可能導緻蚜蟲識别病毒的效率降低,這會抑制SbDV通過,調節蚜蟲和病毒之間特異性關系的運動,是以我們要将他進行分離。

SbDV分離株鑒定

大豆矮化病毒(SbDV)是黃體病毒科的一員,在世界各地都有發現,與其他黃體病毒一樣,SbDV僅限于植物中的維管韌皮部組織,并通過蚜蟲載體以持久、非繁殖的方式傳播,這似乎在黃體病毒的進化和多樣化中發揮了關鍵作用。

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SbDV是一種單鍊正義RNA病毒,并且SbDV分離株已在許多不同的植物宿主中發現,例如白三葉草、地下三葉草、蠶豆、豌豆和扁豆,然而,它通常僅在大豆作物中引起經濟上重要的疾病。

根據大豆症狀、蚜蟲載體特異性和分子組成,有幾種不同的分離株,SbDV常見于三葉草中,但很少引起大豆病害,然而,田間的SbDV感染是有限的,僅發生在田地的邊緣,這就涉及到了一個遺傳多樣性的問題。

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種群遺傳多樣性是物種适應不斷變化的環境的重要組成部分,與RNA病毒相關的易錯複制、大量群體和快速複制導緻,即使在單個宿主内,也具有遺傳多樣性的群體。

然而與大多數動物病毒不同,大多數植物病毒需要成為多面手才能生存,當群體中的遺傳多樣性水準對選擇壓力的變化做出反應時,病毒群體是複雜且動态的,保持高水準的遺傳多樣性将有利于病毒進入新環境。

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大多數病毒進化的比較研究,都利用了代表單個宿主中,整個病毒種群平均水準的共有序列,但依賴遺傳多樣性的更詳細的進化動力學研究将需要更詳細的基因解析,植物病毒的多樣性水準與其報告的宿主範圍的大小相關。

同時在不同的宿主中,植物病毒維持種群多樣性的能力也不同,例如小麥條紋花葉病毒在不同谷類物種中傳代時,其多樣性水準沒有顯着變化。

大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

遺傳瓶頸也在病毒進化中發揮着重要作用,它導緻病毒種群遺傳變異減少,特别是由蚜蟲媒介介導的傳播瓶頸。

然而自然界的傳播瓶頸可能并不像人們通常認為的那麼廣泛,比如:登革熱病毒宿主内遺傳多樣性傳播瓶頸并不是特别嚴重。

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類似地,在某些植物RNA病毒的情況下,需要混合感染才能形成功能齊全的機關,多組分病毒可以考慮針對傳播瓶頸進行選擇。

但是黃體病毒與蚜蟲載體是具有非常特異性的互相作用的,黃體病毒傳播的選擇性特異性可以發生在至少三個細胞位點,包括腸道細胞膜、基底質膜和附屬唾液腺的基底層。

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這些特定的識别位點可能是由病毒衣殼上的多個蛋白質結構域和蚜蟲載體的多個細胞表面受體決定的。

人們對黃體病毒種群的進化過程和遺傳多樣性知之甚少,黃體病毒具有高度載體特異性和宿主組織特異性,傳播瓶頸被認為是減少有效種群規模的關鍵因素,進而限制了黃病毒種群的遺傳多樣性,不同蚜蟲媒介的SbDV傳播效率也不相同。

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不同蚜蟲媒介的SbDV傳播效率

為了檢查不同蚜蟲載體的SbDV傳播效率,SbDV-MD6最初分别通過三葉草傳播到豌豆或大豆,然後重複傳播到同一寄主植物由同一蚜蟲物種進行四次連續傳播。

接着在每次傳播或傳代後确定每種蚜蟲的傳播效率,在第1-4代中連續飼喂豌豆的豌豆蚜的傳播效率分别為30%、40%、60%和50%,在第一次從三葉草到豌豆的适應性傳播之後,将SbDV傳播到豌豆的傳代效率提高了。

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相比之下,連續喂食大豆的巴氏豬籠草在第1-4代中傳播SbDV的傳播效率分别為25%、16%、8%和0%,在大豆中,巴氏豬籠草的SbDV傳播随着随後的每次傳代而減少,那傳播過程中會通過蚜蟲保留SbDV的能力嗎?

SbDV在串行傳播過程中存在于蚜蟲

為了檢查豌豆和巴氏豬籠草,通過連續傳代獲得和保留SbDV的能力,為了獲得病毒,讓蚜蟲以每次傳代的受感染植物為食,進行24小時采集,然後通過RT-qPCR分析25隻蚜蟲。

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每次傳代的25隻蚜蟲被允許以紅三葉草(非寄主)為食2天,以清除消化道中的病毒,然後進行類似的測試。

通過比較表明,豌豆和巴氏豬籠草在食用豌豆或大豆24小時期間,SbDV有效地進入腸道,并在食用紅三葉草48小時後,将病毒保留在血腔中以清除腸腔内容物,在豌豆上的豌豆中,連續傳代後獲得的病毒進入血腔的SbDV濃度始終很高。

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并且在大豆上的巴氏豬籠草中,串行傳播期間SbDV積累量也很高,但這都是可以預料的,因為随着時間的推移,SbDV在大豆中的濃度會随着時間的推移連續傳代而增加。

然而與豌豆相比,非寄主喂養後病毒滴度顯着降低,第3代之後,盡管在蚜蟲血腔中仍檢測到SbDV,但它們仍無法傳播SbDV。

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為了比較大豆蚜蟲中SbDV的擷取和保留,使用巴氏蚜蟲在大豆中通過3次連續傳代建立了SbDV-MD6,然後将兩種不同的蚜蟲載體,豌豆蚜和甘氨酸蚜蟲,在受感染的大豆上飼喂48小時,随後飼喂非寄主48小時。

甘氨酸曲黴和豌豆曲黴均在血腔中獲得并保留了SbDV-MD6,甘氨酸中病毒濃度低,在以非宿主為食48小時後表明,SbDV從腸腔的攝取和轉運到血腔的效率低下。

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但是兩個物種的血腔中都獲得了SbDV-MD6,并且具有傳播病毒的遺傳能力,是以說在植物宿主中的SbDV遺傳多樣性和突變頻率可能也是不一樣的。

植物宿主中的SbDV遺傳多樣性和突變頻率

為了通過連續傳代确定不同植物宿主中,SbDV宿主内病毒遺傳多樣性的程度和結構,我們對9個樣品的克隆進行了測序,來自受感染三葉草的SbDV-MD6被用作接種源,幼小的豌豆和大豆植株分别用蚜蟲載體和接種。

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我們研究中使用的第一代和最後一代兩株單獨感染的植物,分别克隆病毒群體,結果表明,在連續傳播實驗中,大多數非同義和同義突變發生在複制相關基因上。

它們被分别克隆,并分析了每個病毒群體的每個片段的11至20個克隆,兩個宿主的傳代系之間的突變頻率非常相似,是以彙集了傳代内的突變頻率。

大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

理論上,每個克隆代表一個獨特的病毒RNA,将病毒克隆的序列與共有序列進行比較,可以提供給定病毒群體内産生的遺傳多樣性的快照,使用體外轉錄物作為模闆RNA進行對照反應,以估計轉錄、RT和熱循環引入的變異水準。

突變頻率是與共有序列不同的堿基數,除以已測序的堿基總數,對于每種植物處理,對兩株植物進行取樣,對每種處理的兩個RT-PCR組進行克隆和測序,将檢測獨立RT-PCR中引入的錯誤水準的潛在差異。

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并且任何給定傳代的采樣植物之間沒有顯著差異,是以彙集了每個傳代的克隆資料,複制相關基因用于檢查單個受感染植物的遺傳多樣性,達到平衡後,宿主内遺傳多樣性水準從三葉草的平均0.08%增加到豌豆的0.11%和大豆的0.12%。

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結論

蚜蟲媒介對大豆矮化病毒種群在大豆中的傳播會産生多個影響,蚜蟲是大豆矮化病毒的重要傳播媒介并具有較高的繁殖力和遷徙能力,它能夠快速傳播病毒到大豆植株上,并且蚜蟲媒介使得大豆矮化病毒能夠在大範圍内傳播。

大豆矮化病毒種群,受蚜蟲媒介基因的影響嗎?

為了減少這種影響,農業管理者需要采取有效的防控政策,包括監測病毒傳播情況、控制蚜蟲數量、使用抗病品種等,以最大限度地減少病害的發生和經濟損失。

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