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A quarantining sugarcane white leaf disease caused by phytoplasma found in sugarcane field in Yunnan

云南蔗区发现由植原体引起的检疫性病害甘蔗白叶病



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(5): 556 ̄560(2014)
收稿日期: 2013 ̄12 ̄05ꎻ 修回日期: 2014 ̄06 ̄28
基金项目: 现代农业产业技术体系建设专项资金资助(CARS ̄20 ̄2 ̄2)ꎻ云南省现代农业产业技术体系建设专项资金资助
通讯作者: 黄应昆ꎬ研究员ꎬ主要从事甘蔗病害防控研究ꎻTel:0873 ̄7227017ꎬE ̄mail:huangyk64@163􀆰 comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2014.05.016
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研究简报
云南蔗区发现由植原体引起的检疫性病害甘蔗白叶病
李文凤ꎬ 王晓燕ꎬ 黄应昆∗ꎬ 单红丽ꎬ 申 科ꎬ 罗志明ꎬ 张荣跃ꎬ 尹 炯
(云南省农业科学院甘蔗研究所ꎬ云南省甘蔗遗传改良重点实验室ꎬ 开远 661699)
A quarantining sugarcane white leaf disease caused by phytoplasma found in sugar ̄
cane field in Yunnan  LI Wen ̄fengꎬ WANG Xiao ̄yanꎬ HUANG Ying ̄kunꎬ SHAN Hong ̄liꎬ SHEN Keꎬ
LUO Zhi ̄mingꎬ ZHANG Rong ̄yueꎬ YIN Jiong   ( Sugarcane Research Instituteꎬ Yunnan Province Academy of
Agricultural ScienceꎬYunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvementꎬ Kaiyuan 661699ꎬ China)
Abstract: By used of nested ̄PCRꎬ the 16S rDNA sequence of phytoplasma associated with sugarcane white leaf
(SCWL) in 48 suspected SCWL samples from Baoshan and Lincang of Yunnan were amplified with two primer
pairs MLOX/ MLOY and P1 / P2􀆰 The sequencing showed that the fragment size of 17 Baoshan suspected SCWL
samples were all 210 bp and their sequences were all identical (GenBank: KC662509)ꎻ the fragment size of 10
Lincang suspected SCWL samples were all 202 bp and their sequences were all identical (GenBank: KF431837) .
The Blast result indicated that the sequences obtained in this study were derived from the 16S ̄23S ISR intergenic
spacer region of phytoplasma that causes SCWL and were highly homologous (99􀆰 05%-100% similarity) to the
corresponding genome region registered in GenBank􀆰 Plant heightꎬ stalk diameterꎬ millable stalk rate and single
stalk weight were significantly reduced by infection of SCWLꎬwhich caused destructive damage to sugarcane􀆰
Key words: Yunnan sugarcane fieldꎻ sugarcane white leaf diseaseꎻ phytoplasmaꎻ nested ̄PCRꎻ sequence
analysis
文章编号: 0412 ̄0914(2014)05 ̄0556 ̄05
    甘蔗白叶病(Sugarcane white leafꎬ SCWL)是
由植原体引起的甘蔗重要病害之一ꎬ1954 年首次
在泰国北部南邦府发现ꎬ我国台湾 1958 年报道了
该病的发生情况[1]ꎮ 该病在印度、巴基斯坦、斯里
兰卡、日本、老挝、缅甸、越南、菲律宾、泰国等地均
有大面积发生ꎬ造成甘蔗和制糖产业巨大经济损
失[2]ꎮ SCWL植原体存在于病株韧皮部筛管中ꎬ
可通过带病蔗种进行远距离传播ꎮ 此外ꎬ在田间还
可通过叶蝉 Matsumuratettix hiroglyphicus和 Yama ̄
totettix flavovittatus 传播[2]ꎮ 1987 年 Zhou 等[3]通
过电镜检测发现我国福建、广西和云南蔗区的部分
栽培品种中有 SCWL植原体的存在ꎮ 随后ꎬ福建、
广东、广西和云南等地先后建立了甘蔗检疫制度ꎮ
虽然电镜检测可以确定 SCWL 病原的存在ꎬ但受
经费和条件所限很难在生产中推广应用ꎮ 本研究
采用巢式 PCR 方法ꎬ对采集的疑似 SCWL 甘蔗植
株样品进行了检测鉴定ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  疑似 SCWL甘蔗样品采集
    2012 ~ 2013 年ꎬ从云南保山施甸县、隆阳区和
临沧耿马县、镇康县、双江县、临翔区采集 48 份疑
似 SCWL 甘蔗植株(表 1)ꎮ 症状均表现为叶质柔
 
  5期 李文凤ꎬ等:云南蔗区发现由植原体引起的检疫性病害甘蔗白叶病
软、白化ꎬ分蘖明显增多ꎬ株高、茎径、成茎率和单茎
重明显降低或减少ꎮ 阳性对照 DNA 由云南省甘
蔗遗传改良重点实验室提供ꎬ阴性对照为健康甘蔗
叶片基因组 DNAꎬ空白对照为灭菌双蒸水ꎮ
Table 1  Nested ̄PCR detection of 48 suspected SCWL samples
Number Variety Collection place Planting year Reaction
BS1 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS2 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS3 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS4 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS5 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS6 PY3120 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS7 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS8 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS9 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS10 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS11 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS12 Yunzhe 86 ̄161 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS13 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS14 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS15 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS16 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS17 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BS18 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS19 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS20 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS21 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS22 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS23 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BS24 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 3 +
BS25 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 3 +
BS26 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 3 +
BS27 Yuetang 86 ̄368 Shidianꎬ Baoshanꎬ Yunnan 3 +
BL1 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BL2 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BL3 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BL4 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BL5 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BL6 Yunzhe 03 ̄194 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 2 +
BL7 Yuetang 93 ̄159 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
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植物病理学报 44卷
Table 1  Nested ̄PCR detection of 48 suspected SCWL samples (Continued)
Number Variety Collection place Planting year Reaction
BL8 Yuetang 93 ̄159 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
BL9 Yuetang 93 ̄159 Lonyangꎬ Baoshanꎬ Yunnan 1 +
LG1 Yuetang 93 ̄159 Yunnan Lincang Gengma 1 +
LG2 ROC22 Yunnan Lincang Gengma 2 +
LG3 ROC22 Yunnan Lincang Gengma 2 +
LG4 ROC22 Yunnan Lincang Gengma 1 +
LG5 Guitan 12 Yunnan Lincang Gengma 2 +
LG6 Yuetang 86 ̄368 Yunnan Lincang Gengma 3 +
LZ1 Yuetang 00 ̄236 Yunnan Lincang ZhenKang 3 +
LZ2 ROC25 Yunnan Lincang ZhenKang 2 +
LS1 ROC25 Yunnan Lincang Shuangjiang 2 +
LS2 Yuetang 93 ̄159 Yunnan Lincang Shuangjiang 3 +
LL1 Yuetang 86 ̄368 Yunnan Lincang Linxiang 2 +
LL2 ROC22 Yunnan Lincang Linxiang 3 +
PC Positive control +
NC Negative control –
CK Blank control –
  “+”: Positive reaction to SCWLꎻ “-”: Negative reaction to SCWL.
1􀆰 2  植物总 DNA提取
    各检测样品称取叶片 0􀆰 2 gꎬ采用改进的
CTAB法提取植物总 DNAꎮ
1􀆰 3  巢式 PCR检测
1􀆰 3􀆰 1  引物设计与合成  参照文献[4]合成 SC ̄
WL植原体 16S rDNA扩增引物(上海生物工程公
司合成)ꎬ其序列为:MLOX:5′ ̄ GTTAGGTTAAGTC ̄
CTAAAACGAGC ̄3′ꎬ MLOY: 5′ ̄ GTGCCAAGGCATC ̄
CACTGTATGCC ̄3′ꎻ P1: 5′ ̄ GTCGTAACAAGGTATC ̄
CCTACCGG ̄3′ꎬ P2: 5′ ̄ GGTGGGCCTAAATGGACTT ̄
GAACC ̄3′ꎮ
1􀆰 3􀆰 2  巢式 PCR反应  参考文献[5]建立的甘蔗
白叶病植原体巢式 PCR 检测方法ꎬ将待测样品进
行巢式 PCR扩增ꎮ 第一次 PCR 反应体系 20 μL:
模板总基因组 DNA 1 μLꎬ10×PCR buffer 2􀆰 5 μLꎬ
MLOX(20 μmol / L) 1 μLꎬMLOY(20 μmol / L) 1
μLꎬMgCl2(25 mmol / L)0􀆰 5 μLꎬdNTPs(10 mmol /
L) 1 μLꎬTaq 酶(5 U / μL) 0􀆰 2 μLꎬddH2 O 12􀆰 8
μLꎮ 第一次 PCR扩增程序为:94℃预变性 5 minꎻ
94℃变性 1 minꎬ55℃退火 1 minꎬ72℃延伸 1 minꎬ
25个循环ꎻ最后 72℃延伸 10 minꎮ 第二次 PCR反
应体系 20 μL:取 1 μL 第一次 PCR 扩增产物(稀
释 100倍)作为模板 DNAꎬP1(20 μmol / L)1 μLꎬ
P2(20 μmol / L)1 μLꎬ其他试剂用量同第一次 PCR
扩增ꎮ 第二次 PCR 扩增程序为: 94℃ 预变性
5 minꎻ94℃变性 1 minꎬ62℃退火 1 minꎬ72℃延伸
1 minꎬ35个循环ꎻ最后 72℃延伸 10 minꎮ
1􀆰 3􀆰 3  电泳检测  取 10 μL PCR 产物点进 1􀆰 5%
琼脂糖凝胶胶孔里ꎬ在 0􀆰 5×TBE 和 140V 的电压
下电泳 20 min 后ꎬ用 BIO ̄RAD 凝胶成像系统观
察ꎮ
1􀆰 3􀆰 4  巢式 PCR产物克隆、测序及序列分析  巢
式 PCR产物用爱思进生物技术 (杭州) 有限公司
的 Axy Prep DNA凝胶回收试剂盒回收纯化后ꎬ送
北京六合华大基因公司进行序列测定ꎮ 所得序列
在 GenBank 中进行 BLAST 检索ꎬ应用 DNAMAN
6􀆰 0和 Clustal 2􀆰 0软件进行分析ꎮ
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  5期 李文凤ꎬ等:云南蔗区发现由植原体引起的检疫性病害甘蔗白叶病
2  结果与分析
2􀆰 1  疑似 SCWL甘蔗样品 Nest ̄PCR检测结果
    对 48 份疑似 SCWL 甘蔗样品的 Nest ̄PCR
检测结果表明(表 1)ꎬ48 份疑似样品及阳性对
照ꎬ均能扩增出目的条带ꎬ而健康蔗株阴性对照
和双蒸水空白对照均未扩增出目的条带(图 1)ꎮ
说明 48 份疑似 SCWL 甘蔗样品中均存在 SCWL
植原体ꎮ
2􀆰 2  Nest ̄PCR扩增产物测序结果及序列分析
    从检测阳性的样品中随机选取 27 个 Nest ̄
PCR产物进行测序ꎬ保山的 17 条片段大小均为
210 bpꎬ序列完全一致(登录号 KC662509)ꎻ临沧的
10条片段大小均为 202 bpꎬ序列完全一致(登录号
KF431837)ꎮ 经 NCBI Blast 比对ꎬ保山、临沧 SC ̄
WL致病分离物核苷酸序列与 GenBank 中水稻黄
萎组(16Sr XI)的 SCWL 植原体基因组序列同源
性高达 99􀆰 05%~100%ꎬ而与其他组植原体基因组
序列同源性低于 87􀆰 8%ꎮ 通过 DNAMAN 多重序
列比对ꎬ保山分离物与临沧分离物存在 8个碱基缺
失ꎬ同源性为 99􀆰 51%ꎻ与泰国分离物 (登录号
HQ917068)不存在碱基差异ꎬ 同源性为 100%ꎻ与
夏威夷分离物(登录号 JN223448)存在 2个碱基缺
失和 1个碱基替换ꎬ同源性为 99􀆰 05%ꎻ与斯里兰卡
分离物(登录号 JF754447)存在 1 个碱基缺失ꎬ同
源性为 99􀆰 52%ꎮ 临沧分离物与泰国分离物存在
8个碱基缺失ꎬ同源性为 99􀆰 51%ꎻ与夏威夷分离物
存在 8 个碱基缺失和 1 个碱基替换ꎬ同源性为
98􀆰 53%ꎻ与斯里兰卡分离物虽然存在 7 个碱基缺
失ꎬ但同源性为 100%ꎮ
2􀆰 3  系统进化树构建与分析
    下载 GenBank中植原体 16Sr各组中的代表性
植原体 16S ̄23S rRNA ISR 序列ꎬ与保山、临沧
SCWL植原体 16S ̄23S rRNA ISR 序列进行同源性
分析ꎬ利用 Mega4􀆰 1软件构建系统进化树ꎬ在构建
中选择 Acholeplasma brassicae (AY974060)为外
群(图 2)ꎮ 由系统发育树可以看出ꎬ保山、临沧
SCWL植原体与 GenBank中已有的泰国、斯里兰卡
SCWL植原体处于同一分支上ꎬ亲缘关系比夏威夷
SCWL植原体的更近ꎮ 所检测的云南甘蔗样品
SCWL植原体均归为一个类群ꎬ属于 16Sr XI组ꎮ
3  结论与讨论
    通过对 48 份疑似 SCWL 甘蔗样品 Nest ̄PCR
检测及测序分析ꎬ证实云南保山、临沧蔗区出现的疑
似 SCWL症状是由 16Sr XI组中的 SCWL植原体引
起的ꎬ其与 GenBank中公布的 SCWL植原体基因组
序列高度同源ꎬ同源性在 99􀆰 05%~100%之间ꎮ
    本研究仅对云南不同地区部分 SCWL 植原体
16S ̄23S ISR序列进行了初步分析ꎬ要进一步明确
SCWL植原体是否存在不同地区、不同品种间的株
系分化及遗传多样性ꎬ还需通过扩大样品的检测数
量ꎬ测定核糖体蛋白(rp)基因、延伸因子( tuf)基因、
16S rDNA间区序列等具有较大变异性的基因或区
域ꎬ以获取更加丰富的分子生物学信息来加以证实ꎮ
Fig. 1  Nested ̄PCR detection of suspected SCWL samples
M: Markerꎻ Lane 1 ̄19: Suspected SCWL samplesꎻ PC: Positive controlꎻ NC: Negative controlꎻ CK: Blank control.
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植物病理学报 44卷
Fig. 2  Phylogenetic tree constructed by the neighbor ̄joining methodꎬ comparing
the 16S rRNA sequence of the present study (sugarcane white leaf from Baoshan and
Lincangꎬ Yunnan) with those of other representative phytoplasmas from GenBank
Acholeplasma brassicae was used as an outgroup species.
    SCWL是易随种苗进行传播的危险性病害ꎬ其
对甘蔗产业的发展有潜在威胁ꎮ 因此ꎬ有必要加强
对良繁基地扩繁种苗和引进及外调甘蔗品种的
SCWL检疫和监测ꎬ严禁从发生区和发生田块调
种、留种ꎬ从源头上控制 SCWL 扩散蔓延ꎮ 同时ꎬ
要加强对发病区的检查ꎬ及时发现并挖除烧毁病
株ꎬ病田避免宿根连作ꎬ发病株率达 15%以上蔗园
不宜宿根ꎬ以此对 SCWL进行有效防控ꎮ
参考文献
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责任编辑:于金枝
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