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大豆矮化病毒种群,受蚜虫媒介基因的影响吗?

作者:君君有料
大豆矮化病毒种群,受蚜虫媒介基因的影响吗?

大豆矮化病毒是一种引起大豆矮化病的植物病毒,它属于立体病毒科下的一种病毒,大豆矮化病毒主要通过蚜虫媒介传播,然后对大豆的种子造成严重病害。

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大豆矮化病毒感染大豆植株后,会引起植株的畸形和矮化,叶片与茎部出现黄化、变形等症状,感染的大豆植株生长缓慢,叶片数量减少,严重影响了大豆的产量和品质。

而蚜虫则是大豆矮化病毒的主要传播媒介,感染病毒的蚜虫通过吸食感染植物的汁液,病毒会传输到蚜虫的体内,当这些感染了病毒的蚜虫再次吸食健康植物的汁液时,病毒就会通过蚜虫的体液传播到新的植物中,导致新的感染。

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所以控制大豆矮化病毒种群的传播,对于大豆种植和农业管理至关重要,采取措施控制蚜虫数量、选择抗病品种、合理的农田管理等都是有效的防控策略,同实时监测病毒的流行情况,早期发现和控制病毒传播也是重要的措施。

蚜虫传播测定出不同蚜虫载体SbDV

许多RNA病毒在单一宿主中具有遗传多样性的群体,其重要的生物学特征可能与多样性水平有关,包括适应性、宿主特异性和宿主范围,在宿主之间转移病毒可能会导致与新宿主相关的多样性水平发生变化。

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了解这些相互作用,有助于预测和预防新出现的病毒性疾病,黄体病毒与蚜虫载体具有非常特异性的相互作用。

我们团队研究表明,当大豆矮化病毒感染时,病毒适应和蚜虫传播之间可能存在权衡效应,在多个连续的蚜虫传播测定中,我们检查了不同蚜虫载体中的病毒滴度,以及不同植物宿主中的SbDV群体多样性水平。

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SbDV群体的多样性,揭示了特定类型的替换以及可能在不同宿主之间发生突变的基因组区域的偏差,而大豆中对SbDV的选择可能导致蚜虫识别病毒的效率降低,这会抑制SbDV通过,调节蚜虫和病毒之间特异性关系的运动,所以我们要将他进行分离。

SbDV分离株鉴定

大豆矮化病毒(SbDV)是黄体病毒科的一员,在世界各地都有发现,与其他黄体病毒一样,SbDV仅限于植物中的维管韧皮部组织,并通过蚜虫载体以持久、非繁殖的方式传播,这似乎在黄体病毒的进化和多样化中发挥了关键作用。

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SbDV是一种单链正义RNA病毒,并且SbDV分离株已在许多不同的植物宿主中发现,例如白三叶草、地下三叶草、蚕豆、豌豆和扁豆,然而,它通常仅在大豆作物中引起经济上重要的疾病。

根据大豆症状、蚜虫载体特异性和分子组成,有几种不同的分离株,SbDV常见于三叶草中,但很少引起大豆病害,然而,田间的SbDV感染是有限的,仅发生在田地的边缘,这就涉及到了一个遗传多样性的问题。

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种群遗传多样性是物种适应不断变化的环境的重要组成部分,与RNA病毒相关的易错复制、大量群体和快速复制导致,即使在单个宿主内,也具有遗传多样性的群体。

然而与大多数动物病毒不同,大多数植物病毒需要成为多面手才能生存,当群体中的遗传多样性水平对选择压力的变化做出反应时,病毒群体是复杂且动态的,保持高水平的遗传多样性将有利于病毒进入新环境。

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大多数病毒进化的比较研究,都利用了代表单个宿主中,整个病毒种群平均水平的共有序列,但依赖遗传多样性的更详细的进化动力学研究将需要更详细的基因解析,植物病毒的多样性水平与其报告的宿主范围的大小相关。

同时在不同的宿主中,植物病毒维持种群多样性的能力也不同,例如小麦条纹花叶病毒在不同谷类物种中传代时,其多样性水平没有显着变化。

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遗传瓶颈也在病毒进化中发挥着重要作用,它导致病毒种群遗传变异减少,特别是由蚜虫媒介介导的传播瓶颈。

然而自然界的传播瓶颈可能并不像人们通常认为的那么广泛,比如:登革热病毒宿主内遗传多样性传播瓶颈并不是特别严重。

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类似地,在某些植物RNA病毒的情况下,需要混合感染才能形成功能齐全的单位,多组分病毒可以考虑针对传播瓶颈进行选择。

但是黄体病毒与蚜虫载体是具有非常特异性的相互作用的,黄体病毒传播的选择性特异性可以发生在至少三个细胞位点,包括肠道细胞膜、基底质膜和附属唾液腺的基底层。

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这些特定的识别位点可能是由病毒衣壳上的多个蛋白质结构域和蚜虫载体的多个细胞表面受体决定的。

人们对黄体病毒种群的进化过程和遗传多样性知之甚少,黄体病毒具有高度载体特异性和宿主组织特异性,传播瓶颈被认为是减少有效种群规模的关键因素,从而限制了黄病毒种群的遗传多样性,不同蚜虫媒介的SbDV传播效率也不相同。

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不同蚜虫媒介的SbDV传播效率

为了检查不同蚜虫载体的SbDV传播效率,SbDV-MD6最初分别通过三叶草传播到豌豆或大豆,然后重复传播到同一寄主植物由同一蚜虫物种进行四次连续传播。

接着在每次传播或传代后确定每种蚜虫的传播效率,在第1-4代中连续饲喂豌豆的豌豆蚜的传播效率分别为30%、40%、60%和50%,在第一次从三叶草到豌豆的适应性传播之后,将SbDV传播到豌豆的传代效率提高了。

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相比之下,连续喂食大豆的巴氏猪笼草在第1-4代中传播SbDV的传播效率分别为25%、16%、8%和0%,在大豆中,巴氏猪笼草的SbDV传播随着随后的每次传代而减少,那传播过程中会通过蚜虫保留SbDV的能力吗?

SbDV在串行传播过程中存在于蚜虫

为了检查豌豆和巴氏猪笼草,通过连续传代获得和保留SbDV的能力,为了获得病毒,让蚜虫以每次传代的受感染植物为食,进行24小时采集,然后通过RT-qPCR分析25只蚜虫。

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每次传代的25只蚜虫被允许以红三叶草(非寄主)为食2天,以清除消化道中的病毒,然后进行类似的测试。

通过比较表明,豌豆和巴氏猪笼草在食用豌豆或大豆24小时期间,SbDV有效地进入肠道,并在食用红三叶草48小时后,将病毒保留在血腔中以清除肠腔内容物,在豌豆上的豌豆中,连续传代后获得的病毒进入血腔的SbDV浓度始终很高。

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并且在大豆上的巴氏猪笼草中,串行传播期间SbDV积累量也很高,但这都是可以预料的,因为随着时间的推移,SbDV在大豆中的浓度会随着时间的推移连续传代而增加。

然而与豌豆相比,非寄主喂养后病毒滴度显着降低,第3代之后,尽管在蚜虫血腔中仍检测到SbDV,但它们仍无法传播SbDV。

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为了比较大豆蚜虫中SbDV的获取和保留,使用巴氏蚜虫在大豆中通过3次连续传代建立了SbDV-MD6,然后将两种不同的蚜虫载体,豌豆蚜和甘氨酸蚜虫,在受感染的大豆上饲喂48小时,随后饲喂非寄主48小时。

甘氨酸曲霉和豌豆曲霉均在血腔中获得并保留了SbDV-MD6,甘氨酸中病毒浓度低,在以非宿主为食48小时后表明,SbDV从肠腔的摄取和转运到血腔的效率低下。

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但是两个物种的血腔中都获得了SbDV-MD6,并且具有传播病毒的遗传能力,所以说在植物宿主中的SbDV遗传多样性和突变频率可能也是不一样的。

植物宿主中的SbDV遗传多样性和突变频率

为了通过连续传代确定不同植物宿主中,SbDV宿主内病毒遗传多样性的程度和结构,我们对9个样品的克隆进行了测序,来自受感染三叶草的SbDV-MD6被用作接种源,幼小的豌豆和大豆植株分别用蚜虫载体和接种。

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我们研究中使用的第一代和最后一代两株单独感染的植物,分别克隆病毒群体,结果表明,在连续传播实验中,大多数非同义和同义突变发生在复制相关基因上。

它们被分别克隆,并分析了每个病毒群体的每个片段的11至20个克隆,两个宿主的传代系之间的突变频率非常相似,因此汇集了传代内的突变频率。

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理论上,每个克隆代表一个独特的病毒RNA,将病毒克隆的序列与共有序列进行比较,可以提供给定病毒群体内产生的遗传多样性的快照,使用体外转录物作为模板RNA进行对照反应,以估计转录、RT和热循环引入的变异水平。

突变频率是与共有序列不同的碱基数,除以已测序的碱基总数,对于每种植物处理,对两株植物进行取样,对每种处理的两个RT-PCR组进行克隆和测序,将检测独立RT-PCR中引入的错误水平的潜在差异。

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并且任何给定传代的采样植物之间没有显著差异,因此汇集了每个传代的克隆数据,复制相关基因用于检查单个受感染植物的遗传多样性,达到平衡后,宿主内遗传多样性水平从三叶草的平均0.08%增加到豌豆的0.11%和大豆的0.12%。

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结论

蚜虫媒介对大豆矮化病毒种群在大豆中的传播会产生多个影响,蚜虫是大豆矮化病毒的重要传播媒介并具有较高的繁殖力和迁徙能力,它能够快速传播病毒到大豆植株上,并且蚜虫媒介使得大豆矮化病毒能够在大范围内传播。

大豆矮化病毒种群,受蚜虫媒介基因的影响吗?

为了减少这种影响,农业管理者需要采取有效的防控策略,包括监测病毒传播情况、控制蚜虫数量、使用抗病品种等,以最大限度地减少病害的发生和经济损失。

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