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Molecular identification of the phytoplasma associated with mango phyllody disease in Yunnan

云南芒果变叶病植原体的分子鉴定



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(3): 332 ̄336(2014)
收稿日期: 2013 ̄06 ̄06ꎻ 修回日期: 2013 ̄12 ̄29
基金项目: 云南省技术创新人才培养项目(2009CI104)
通讯作者: 丁 铭ꎬ 研究员ꎬ 主要从事植物病毒研究ꎻ Tel: 0871 ̄65123133ꎬ E ̄mail: mingd73@163.comꎮ
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研究简报
云南芒果变叶病植原体的分子鉴定
尹跃艳1ꎬ2ꎬ 汪开化3ꎬ 徐忠志2ꎬ 卢 训1ꎬ 方 琦1ꎬ 丁 铭1∗
( 1云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所ꎬ云南省农业生物技术重点实验室ꎬ 农业部西南农业基因资源与种质创制重点实验室ꎬ
昆明 650223ꎻ 2云南省农业科学院高山经济植物研究所ꎬ 丽江 674100ꎻ 3云南华坪县园艺站ꎬ 丽江 674800)
Molecular identification of the phytoplasma associated with mango phyllody
disease in Yunnan    YIN Yue ̄yan1ꎬ2ꎬ WANG Kai ̄hua3ꎬ XU Zhong ̄zhi2ꎬ LU Xun1ꎬ FANG Qi1ꎬ
DING Ming1   ( 1 Institute of Biotechnology and Germplasm ResourcesꎬYunnan Academy of Agricultural Sciencesꎬ Yunnan
Province Key Laboratory of Agricultural Biotechnologyꎬ Key Lab of the Southwestern Crop Gene Resources and Germplasm
Innovationꎬ Ministry of Agricultureꎬ Kunming 650223ꎬ Chinaꎻ 2 Institute of Alpine Economic Plantꎬ Yunnan Academy of
Agricultural Sciencesꎬ Lijiang 674100ꎬ Chinaꎻ 3 Huaping Gardening Stationꎬ Lijiang 674800ꎬ China)
Abstract: By using universal primers pair of phytoplasma 16S rDNAꎬ a fragment of 1 244 bp was amplified
by nested ̄PCR for the phytoplasma (HP ̄1) associated with mango phyllody disease found in Yunnan Pro ̄
vince. The sequence analysis showed that it had high identity (99.2%) with peanut witches’  ̄broom (PnWB) .
The phylogenetic tree indicated that HP ̄1 formed a clade with 16Sr group Ⅱ. The analysis by using online
classification software iPhyClassifier analysis implored that HP ̄1 belonged to subgroup A (PnWB) of 16Sr
group Ⅱ with a similarity coefficient of 0.97. Its putative 16S rDNA RFLP patterns for Hae Ⅲ were different
from 16Sr group Ⅱ ̄A. It is concluded that the phytoplasma of Yunnan mango phyllody disease was a new sub ̄
group of 16Sr group Ⅱ.
Key words: mangoꎻ phytoplasmaꎻ mango phyllody disease
文章编号: 0412 ̄0914(2014)03 ̄0332 ̄05
    植原体(phytoplasma)是一类没有细胞壁ꎬ不
能离体培养的原核生物ꎬ对四环素敏感ꎬ主要存在
于植物筛管细胞中ꎮ 植原体主要通过叶蝉、飞虱等
取食植物韧皮部的昆虫传播ꎬ也可通过菟丝子寄生
和嫁接等方式传播ꎮ 目前ꎬ全世界已发现 1 000 多
种由植原体引起的植物病害ꎬ我国大陆已报道 100
余种与之相关的病害[1]ꎮ 由植原体引起的病害症
状主要表现为植株花器病态、小叶、丛枝、黄化等ꎬ
从而导致植物产量和品质明显下降ꎮ
由于植原体不能离体培养ꎬ对植原体生物学相
关信息的了解较少ꎬ因此ꎬ植原体的分类主要是依
靠分子生物学的手段ꎮ 在植原体分类中应用较多
的是 16S rDNA、16S rDNA-23S rDNA 间隔区、核
糖体蛋白基因( rp 基因)及延伸因子基因( tuf 基
因) [2]ꎮ Zhao等[3](2009)利用植原体分类的在线
工具 iPhyClassifierꎬ根据植原体的 16S rDNA 序列
分析ꎬ将植原体分为 28个组ꎮ
芒果(Mangifera indica Linn.)为泽漆科芒果
属植物ꎬ是一种生长在热带地区的水果ꎬ在我国的
台湾、广东、广西、海南和福建南部ꎬ云南南部、东南
部和西南部均有芒果种植ꎮ 我国芒果病害主要以
真菌病害为主ꎬ在已报道的 25种病害中有 23 种真
 
  3期 尹跃艳ꎬ等:云南芒果变叶病植原体的分子鉴定
菌病害、1 种细菌病害、1 种藻类病害[4]ꎮ 我国尚
未发现由植原体引起的芒果病害ꎮ 近年来ꎬ云南华
坪种植的芒果植株表现出花变叶、花芽增生、花枝
缩短、顶梢枯死及植株生长迟缓等症状ꎬ疑似由植
原体侵染引起的变叶病ꎮ 为明确云南华坪芒果变
叶病的病原物种类ꎬ采用分子生物学方法对其病原
物进行了鉴定ꎮ
1  材料与方法
1.1  材料
1.1.1  材料来源  芒果变叶病罹病植株材料采自
云南省华坪县ꎬ共采集症状相同的样品 15份ꎮ
1.1.2  主要试剂  Taq DNA 聚合酶、dNTPs 购自
TaKaRa (大连) 公司ꎻ pGEM ̄T Easy 载体购自
Promegaꎻ其余试剂均为国产分析纯ꎮ
1.1.3  引物合成及序列测定  引物合成由 Invitro ̄
gen公司完成ꎻ序列测定由北京华大基因生物技术
有限公司完成ꎮ
1.2  方法
1.2.1  感病样品总 DNA 的提取及 PCR 扩增  采
用 CTAB法从感病样品中提取总 DNAꎬ分别进行
16S rDNA 的扩增ꎮ 参照 Lee & Gundersen 报道的
植原体 16S rDNA 通用引物 R16mF2 / R16mR1 进
行 PCR扩增ꎮ 以扩增产物为模板用引物 R16F2n /
R16R2 进行巢式 PCR 扩增ꎬ预计扩增片段约为
1 200 bpꎮ 引 物 序 列 如 下: R16mF2 ( CATG ̄
CAAGTCGAACGGA) / R16mR1 ( CTTAACCCCA ̄
ATCATCGAC)ꎬR16F2n(GAAACGACTGCTAAG ̄
ACTGG) / R16R2(CGGTGTGTACAAACCCCG)ꎮ
反应条件:94℃ 3 minꎻ94℃ 1 minꎬ50℃ 40 sꎬ
70℃ 1 minꎬ5 个循环ꎻ94℃ 1 minꎬ52℃ 40 sꎬ70℃
1 minꎬ 30 个循环ꎻ 70℃ 10 minꎮ 反应结束后取
5 mL于 1%的琼脂糖凝胶点样检测ꎮ
1.2.2   PCR 产物克隆及测序   PCR 扩增产物经
DNA回收试剂盒(Sangon)回收ꎬ连接到 pGEM ̄T
Easy载体(Promega)上ꎬ转化大肠杆菌(Escheri ̄
chia coli)DH5αꎬ涂布于含有氨苄青霉素的 LB 培
养基上ꎬ筛选阳性克隆ꎮ 对所筛选的阳性克隆送北
京华大基因公司进行测序ꎮ
1.2.3  序列分析  利用 DNAMAN Version 7.0 进
行序列处理、分析ꎮ 采用 MEGA 4.0 软件ꎬ以 NJ
(neighbor ̄joining)方法构建系统进化树ꎬ用 Boot ̄
strap检测(1 000次重复)可信度ꎮ
1.2.4  序列虚拟 RFLP 分析  利用植原体分类鉴
定在线工具 iPhyClassifier 进行序列分析[5]ꎬ根据
公式 F =2Nxy / (Nx +Ny)计算任意 2 个植原体株
系间相似系数(similarity coefficientꎬ F)ꎬ 其中 x、y
为酶切的 2个植原体株系ꎬ Nx 和 Ny代表用 17 种
限制性内切酶(AluⅠ、 BamHⅠ、 Bfa Ⅰ、 BstUⅠ、
DraⅠ、 EcoR Ⅰ、 Hae Ⅲ、 Hha Ⅰ、 Hinf Ⅰ、 Hpa Ⅰ、
HpaⅡ、KpnⅠ、 Sau3A Ⅰ、 Mse Ⅰ、 Rsa Ⅰ、 Ssp Ⅰ、
Taq Ⅰ)分别酶切2个株系产生的条带数ꎬ Nxy 为
x 和 y 2个株系共有的 RFLP 条带数ꎮ相似系数 F
≤0􀆰 85ꎬ划分为不同的组ꎬ相似系数 F≤0.97ꎬ划分
为不同的亚组ꎻ相似系数为 0.99 或 0.98 时ꎬ该序列
为该亚组的变种ꎬ 用 1 个或 2 个星号表示(∗或
∗∗)ꎮ 如ꎬ16Sr Ⅰ ̄A∗(F=0.99)ꎬ16Sr Ⅰ ̄A∗∗(F=
0.98)ꎮ
2  结果与分析
2.1  芒果变叶病的症状
感病芒果植株主要症状表现为花器病态:花变
叶、花芽增生ꎻ同时伴随花枝缩短、顶梢枯死ꎻ新发
枝条新叶黄化、叶片畸形、簇生ꎬ严重时仅含有叶脉
部分ꎬ重病植株生长点死亡、植株生长迟缓ꎬ最终导
致植株死亡(图 1)ꎬ对芒果产量影响严重ꎮ
2.2  芒果变叶病病原物的 16S rDNA ̄PCR 扩增、
克隆及序列分析
    采用植原体 16S rDNA 通用引物 R16mF2 /
R16mR1和 R16F2n / R16R2 进行巢式 PCR 扩增ꎬ
扩增得到约 1 200 bp的片段ꎬ将其克隆到 pGEM ̄T
Easy载体上ꎬ挑选 5 个筛选得到的阳性克隆进行
测序ꎮ 测序结果表明ꎬ5个克隆扩增片段大小均为
1 241 bp(JX294514)ꎬ其中 G+C 含量为 46.9%ꎬ符
合植原体 16S rDNA基因 G+C含量(45%~49%)ꎮ
采用 DNAMAN 7. 0 对云南芒果变叶病植原体
(HP ̄1)与各组代表性植原体进行比较ꎮ 结果表明
HP ̄1与 16Sr Ⅱ组的花生丛枝植原体核苷酸相似
性最高ꎬ为 99.2%(表 1)ꎮ 通过 MEGA4.0 构建系
统进化树ꎬ发现 HP ̄1与 16S rDNA Ⅱ组成员聚在
333
 
植物病理学报 44卷
一起(图 2)ꎮ
2.3  芒果变叶病植原体(HP ̄1)虚拟 RFLP 分析
及相似系数分析
利用植原体分类鉴定的在线工具 iPhyClassifier
对 HP ̄1序列进行分析ꎮ 结果表明ꎬ用 17 种限制性
内切酶进行酶切ꎬHP ̄1酶切图谱与 16S rDNA Ⅱ ̄A
(PnWB)酶切图谱最为相似ꎬ16 种限制性内切酶酶
切得到相同的条带ꎬ仅有 Hae Ⅲ酶切条带不同
(图 3)ꎬHP ̄1 经 Hae Ⅲ酶切得到 5 条条带ꎬ而
PnWB经Hae Ⅲ酶切得到 4 条条带ꎬHP ̄1与 PnWB
酶切图谱仅有 3 条条带相同ꎮ 经 iPhyClassifier
分析ꎬHP ̄1与 PnWB相似系数最高ꎬ为 0.97ꎮ
Fig. 1  Symptoms of mango phyllody disease
A: Phyllodyꎻ B: Proliferation.
Table 1  Comparison of nucleotide identities of HP ̄1 and related phytoplasma
16S rDNA group Phytoplasma GenBank accession NO. Nucleotide identity / %
Ⅰ Aster yellows (AY) AY665676 89.0
Ⅱ Peanut witches’  ̄broom (PnWB) L33765 99.2
Ⅳ Coconut lethal yellowing (CLY) U18747 90.6
Ⅴ Elm yellows (EY) L33763 87.8
Ⅵ Clover proliferation (CP) L33761 88.9
Ⅶ Ash yellows (AY) L33759 90.0
Ⅷ Loofah witches’  ̄broom (LfWB) L33764 89.3
Ⅸ Pigeon pea witches’  ̄broom(PPWB) L33735 89.6
Ⅹ Apple proliferation (AP) AJ430067 89.3
Ⅺ Rice yellow dwarf (RYD) D12581 90.9
Ⅻ Stolbur (STOL) AY725230 88.8
ⅩⅢ Mexican periwinkle virescence (MPV) AF248960 89.5
ⅩⅣ Bermuda grass white leaf (BWL) Y16388 89.5
ⅩⅤ Hibiscus witches’  ̄broom (HibWB) AF147708 96.1
433
 
  3期 尹跃艳ꎬ等:云南芒果变叶病植原体的分子鉴定
Fig. 2  Phylogenetic tree based on 16S rDNA sequences of HP ̄1 and related phytoplasmas
Fig. 3  Putative RFLP images of 16S rDNA of phytoplasma HP ̄1 and PnWB
A: HP ̄1ꎻ B: PnWB.
3  讨论
    植原体是活体营养寄生物ꎬ不能人工培养ꎬ在
植物体中含量较低ꎬ而且分布不均匀ꎬ这些因素不
利于人们对植原体开展深入研究ꎮ 16S rDNA 作
为植原体分类的首选标记ꎬ已被广泛应用于植原体
533
 
植物病理学报 44卷
的分类和鉴定ꎮ 目前ꎬ国际菌原体研究计划( Inter ̄
national Research Programme on Comparative Myco ̄
plasmology)根据 16S rDNA 核苷酸相似性小于
97􀆰 5%划分为不同的组[2]ꎮ 近年来ꎬ已有学者根据
16S rDNA RFLP图谱建立了植原体分类的基本框
架ꎬ并将已报道的植原体分为 28个组ꎬ还采用计算
机软件进行虚拟 RFLP 分析ꎮ 2009 年 Zhao 等[5]
设计了 1 个植原体分类的在线工具 iPhyClassifier
( http: / / plantpathology. ba. ars. usda. gov / cgibin /
resource / iphyclassifier.cgi)ꎬ为植原体的快速诊断
提供了便捷方法ꎮ 该方法将相似系数 F≤0􀆰 85ꎬ划
分为不同的组ꎬ相似系数 F≤0.97ꎬ划分为不同的
亚组ꎻ相似系数为 0.99 或 0.98 时ꎬ该序列为该亚组
的变种ꎮ 本文采用 16S rDNA 序列分析方法对云
南芒果变叶病植原体进行了鉴定ꎬ发现华坪芒果变
叶病植原体与 GenBank 中报道的 16SrⅡ ̄A 的花
生丛枝植原体(Peanut witches’  ̄broomꎬ PnWB)相
似性较高ꎬ为 99. 2%ꎬ与 16SrⅡ组的 Candidatus
Phytoplasma aurantifolia 候选种相似性为 99. 1%ꎮ
根据 iPhyClassifier 分析ꎬ云南芒果变叶病植原体
RFLP分析图谱与花生丛枝植原体(PnWB) RFLP
分析图谱较为相似ꎬ仅有 Hae Ⅲ酶切条带不同ꎬ二
者相似系数为 0.97ꎮ 根据 Zhao 等(2009)划分植
原体组及亚组的依据ꎬ云南芒果变叶病植原体属于
16SrⅡ组ꎬ应为 1个新亚组ꎮ
近年来植原体分类依据不仅局限于 16S rD ̄
NAꎬ还应用一些植原体的保守序列ꎬ如核糖体蛋白
基因( rp)、延伸因子基因( tuf)和转运蛋白基因
(SecY)ꎮ 因此ꎬ有必要对芒果变叶病进行多基因
鉴定研究ꎮ
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责任编辑:于金枝
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