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RT-PCR detection and sequence analysis of coat protein gene of Citrus leaf blotch virus infecting kiwifruit trees

来源于猕猴桃的柑橘叶斑驳病毒的RT-PCR检测及外壳蛋白基因序列分析



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  46(1): 11 ̄16(2016)
收稿日期: 2014 ̄12 ̄06ꎻ 修回日期: 2015 ̄10 ̄14
基金项目: 国家农业行业专项计划项目(nyhyzx200903017 ̄08)
通讯作者: 洪 霓ꎬ教授ꎬ主要研究方向为植物病毒学ꎻE ̄mail: whni@mail. hzau. edu. cn
第一作者: 朱晨熹ꎬ男ꎬ青岛市人ꎬ在读硕士生ꎬ主要研究方向为植物病毒学ꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2016.01.002
来源于猕猴桃的柑橘叶斑驳病毒的
RT ̄PCR检测及外壳蛋白基因序列分析
朱晨熹1ꎬ2ꎬ 王国平1ꎬ2ꎬ 郑亚洲1ꎬ 杨作坤1ꎬ 王利平1ꎬ 徐文兴1ꎬ 洪 霓1ꎬ2∗
( 1华中农业大学植物科技学院ꎬ湖北省作物病害监测与安全控制重点实验室ꎬ武汉 430070ꎻ
2 华中农业大学ꎬ农业微生物学国家重点实验室ꎬ武汉 430070)
摘要:柑橘叶斑驳病毒(Citrus leaf blotch virusꎬCLBV)为柑橘病毒属(Citrivirus)代表种ꎮ 本研究采用 RT ̄PCR技术从我国
栽培猕猴桃上首次检测到 CLBVꎬ总检出率为 13.3%ꎮ 测定了 5个 CLBV分离物的外壳蛋白基因(coat protein geneꎬcp)序
列ꎬ全长均为 1 092 核苷酸(nt)ꎬ分离物间 cp基因核苷酸和编码氨基酸序列相似性分别为 83.2%~99.7%和 91.9%~98.9%ꎬ
这些分离物与新西兰报道的 CLBV猕猴桃分离物M3 ̄A核苷酸序列相似性仅为 83%左右ꎬ与来源于柑橘及近缘种的 CLBV
分离物 cp基因核苷酸序列相似性为 84% ~ 86%ꎮ 在基于该病毒 cp 基因核苷酸序列的系统进化树中ꎬ本研究所测定的
CLBV猕猴桃分离物与新西兰报道的除 M3 ̄A外的猕猴桃分离物聚在同一组群ꎮ 研究结果为进一步明确 CLBV 在我国猕
猴桃上的侵染和危害特点及建立该病毒的分子检测技术提供了重要信息ꎮ
关键词:猕猴桃ꎻ 柑橘叶斑驳病毒ꎻ 检测ꎻ 序列分析
RT ̄PCR detection and sequence analysis of coat protein gene of Citrus leaf blotch
virus infecting kiwifruit trees   ZHU Chen ̄xi1ꎬ2ꎬWANG Guo ̄ping1ꎬ2ꎬ ZHENG Ya ̄zhou1ꎬ YANG
Zuo ̄kun1ꎬ WANG Li ̄ping1ꎬ XU Wen ̄xing1ꎬ HONG Ni1ꎬ2   ( 1 College of Plant Science and TechnologyꎬKey Lab of
Crop Disease Monitoring and Safety Control in HubeiꎬHuazhong Agricultural UniversityꎬWuhan 430070ꎬChinaꎻ2 National Key
Lab of AgromicrobiologyꎬHuazhong Agricultural UniversityꎬWuhan 430070ꎬChina)
Abstract: Citrus leaf blotch virus (CLBV) is type species of the genus Citrivirus. In this studyꎬ CLBV was
detected in kiwifruit (Actinidia spp.) plants grown in China for the first time by reverse transcription PCR
(RT ̄PCR) . CLBV was tested in kiwifruit plants with a positive rate of 13.3%. The complete cp gene of five
CLBV isolates was 1 092 nucleotides (nts) in length and shared 86.6%-99.7% nt and 96.4%-99.4% amino acid
(aa) sequence identities with each otherꎬ respectively. Howeverꎬ they shared only about 83% nt identity with a
kiwifruit isolate M3 ̄A reported in New Zealandꎬ and 84%-86% identity with CLBV isolates infecting citrus and
its relatives. In the phylogenetic tree basing on nucleotide sequences of their cp genesꎬ CLBV isolates identified
in the present study clustered into a group with New Zealand kiwifruit CLBV isolates except for isolate M3 ̄A.
Our studies would be favorable to understand the occurrence of this disease in China and to establish a more
efficient RT ̄PCR method for rapid detection of the CLBV infecting kiwifruit trees.
Key words: Actinidia spp.ꎻ Citrus leaf blotch virusꎻ RT ̄PCRꎻ sequence analysis
中图分类号: S432.41          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2016)01 ̄0011 ̄06

 
植物病理学报 46卷
    柑橘叶斑驳病毒 ( Citrus leaf blotch virusꎬ
CLBV)为b线性病毒科(Betaflexiviridae)柑橘病毒
属(Citrivirus)的代表种[1]ꎮ CLBV 基因组为 8. 7
kb的正单链 RNA(+ssRNA)ꎬ包含 3 个开放阅读
框(Open reading frameꎬ ORF)ꎬ分别编码复制相关
多聚合蛋白、运动蛋白和外壳蛋白ꎬ5′末端有甲基
化帽子结构ꎬ3′末端具有 poly(A) [2]ꎮ
    在自然条件下ꎬCLBV主要侵染柑橘属植物ꎬ最
早是在西班牙金桔[Fortunella margarita (Lour.)
Swing]上检测到该病毒[3]ꎬ随后从多个国家的柑橘
及近缘种上发现该病毒ꎬ主要引起金桔和枳壳的芽
接合部失调、橘橙(‘Dweet’ tangorꎬ Citrus reticula ̄
ta)叶片斑驳和香橼(‘Etrog’ citronꎬCitrus medica)
茎痘ꎬCLBV 某些分离物可引起甜橙脉明[4~6]ꎮ 新
西兰首次从中国引进的中华猕猴桃上检测到该病
毒ꎬCLBV侵染的猕猴桃植株有的出现脉明、花叶和
脉间黄化症状[7]ꎮ 目前ꎬ新西兰与意大利合作深入
开展了猕猴桃病毒相关研究ꎬ已报道的猕猴桃病毒
有 13种[8ꎬ9]ꎮ 我国早期已发现栽培猕猴桃植株上有
病毒及类似病害的发生[10]ꎬ日本也报道了猕猴桃嫁
接传染性病害[11]ꎬ但均未对其病原开展研究ꎮ 为明
确我国猕猴桃的病毒侵染状况ꎬ本研究组自 2013年
起开展了猕猴桃病毒病的调查与病毒鉴定ꎬ并从我
国种植猕猴桃上检测出猕猴桃病毒 A(Actinidia vi ̄
rus AꎬAcVA)和猕猴桃病毒 B (Actinidia virus Bꎬ
AcVB) [12]ꎮ 本研究在田间调查的基础上ꎬ采用
RT ̄PCR技术ꎬ对来自中国部分地区的猕猴桃栽培种
和保存猕猴桃资源的 CLBV侵染状况进行了分析ꎬ
并通过对该病毒外壳蛋白编码基因的序列分析初步
揭示了 CLBV猕猴桃分离物的分子多样性ꎬ研究结
果为探索猕猴桃病毒病防控及深入研究该病毒分子
特性奠定了基础ꎮ
1  材料与方法
1.1  材料收集及总 RNA提取
    2014年 6 月分别从湖北省果茶所、中国科学
院武汉植物研究所和安徽省六安市采集猕猴桃
(Actinidia spp.)叶片样品 75 份ꎮ 多数采样植株的
叶片表现褪绿斑驳、褪绿环纹、脉黄、花叶和叶片畸
形等类似病毒病症状ꎮ 取嫩叶 0.1 gꎬ加液氮磨碎ꎬ
快速转入 1.5 mL 离心管中ꎬ加入 1 mL RNA 提取
缓冲液(含 50%异硫氰酸胍ꎬ5 mol / L苯酚)充分混
匀ꎬ室温静置 5 min后离心ꎬ上清液经氯仿抽提2次
后加入 2 / 3体积的异丙醇沉淀核酸ꎬ沉淀物经 75%
乙醇洗涤 2次ꎬ风干后溶于 30 μL DEPC 处理水ꎬ
-20℃保存ꎮ
1.2  引物
    用于该病毒检测的引物 CLBV1F / CLBV5R:5′ ̄
AGCCATAGTTGAACCATTCCTC ̄3′ / 5′ ̄GCAGAT
CATTCACCACATGC ̄3′参照 Chavan 等[13]报道的
序列合成ꎬ扩增片段为 425 bpꎬ扩增区域为部分
cp基因ꎻ用于扩增完整 cp序列的引物 CP1F / CP1R:
5′ ̄TGTTAAGTCTGAAACTGCGTCT ̄3′ / 5′ ̄TCRCG ̄
GTATCCCCTTTAGCATC ̄3′根据已报道的 CLBV
序列[7]设计合成ꎬ扩增片段全长为 1 525 bpꎬ扩增区
域为部分运动蛋白基因(movement protein geneꎬ
mp)、外壳蛋白基因(coat protein geneꎬ cp)和部分
3′非翻译区(3′ ̄untranslation regionꎬ 3′ ̄UTR)ꎮ 所用
引物由上海生工生物技术有限公司合成ꎮ
1.3  RT ̄PCR
    以提取的总 RNA 为模板ꎬ参照试剂使用说明
合成 cDNA第一链ꎮ 反应体系为 20 μLꎬ含 5×反
转录缓冲液 4 μL、dNTPs(2.5 mmol / L)1 μL、RNA
酶抑制剂(RNasinꎬ40 U / μL)0.5 μL、M ̄MLV(200
U / μL) 0. 5 μL、随机引物 ( 100 pmol / μL) 1 μL、
RNA模板 5 μL和 DEPC处理水 8 μLꎮ
    PCR 扩增条件:94℃变性 3 minꎻ94℃ 30 sꎬ
54℃ 30 sꎬ72℃ 90 sꎬ35 个循环ꎻ12℃终止反应ꎮ
采用引物 CLBV1F / CLBV5R 的 PCR 反应总体系
为 25 μLꎬ含 10 × Taq DNA聚合酶缓冲液 2.5 μL、
dNTPs( 5 μmol / μL) 0. 5 μL、 Taq DNA 聚合酶
(5 U / μL)0.2 μL、正向和反向引物(10 μmol / μL)
各 0.5 μL、cDNA 2 μL 和灭菌去离子水 18.8 μLꎮ
采用引物 CP1F / CP1R 的 PCR 反应总体系为
25 μLꎬ含 10 × Taq DNA 聚合酶缓冲液 2.5 μL、
dNTPs( 2. 5 mmol / L) 1. 5 μL、 Taq DNA 聚合酶
(5 U / μL)0.2 μL、正向和反向引物(10 μmol / μL)
各 0.5 μL、cDNA 2 μL和灭菌去离子水 17.8 μLꎮ
1.4  克隆及测序
    RT ̄PCR产物经 1.2%琼脂糖凝胶电泳后ꎬ切
取含目标产物的凝胶ꎬ按琼脂糖凝胶 DNA 纯化回
收试剂盒 V3.0(北京道普生物科技有限公司)说明
21

 
  1期 朱晨熹ꎬ等:来源于猕猴桃的柑橘叶斑驳病毒的 RT ̄PCR检测及外壳蛋白基因序列分析
书的方法回收目标 DNAꎬ与载体 pMD18 ̄T 连接ꎬ
转化大肠杆菌(Escherichia coli)DH5α菌株感受态
细胞ꎬ涂布在含 50 mg / L 氨苄青霉素(Ampicillinꎬ
Amp)的 LB固体培养基上ꎬ于 37℃培养过夜ꎮ 随
机挑取一定数量的白色单菌落ꎬ分别在含 50 mg / L
Amp的 LB液体培养基中振荡培养ꎬPCR 鉴定为
阳性克隆后ꎬ将菌液送至南京金斯瑞生物科技有限
公司进行测序ꎮ
    CLBV的 cp 基因核苷酸序列比对及推导编码
氨基酸序列比对ꎬ采用生物学软件 Clustalx(1.81)
和 DNASTAR 中的 MegAlign 程序完成ꎬ系统发育
树构建采用 MEGA6.0 软件中的邻接法(Neighbor
-Joining)进行ꎮ 参照的已报道 CLBV 的 cp 基因
序列见表 1ꎮ
2  结果与分析
2.1  RT ̄PCR检测
    采用引物 CLBV1F / CLBV5R 对 75 份猕猴桃
样品进行 CLBV 的 RT ̄PCR 检测ꎬ从 10 份样品中
获得 CLBV 目标扩增产物ꎬ平均检出率为 13.3%
(表 2)ꎮ 其中ꎬ中华猕猴桃(Actinidia chinensis)和
美味猕猴桃(A. delicious)的 CLBV 检出率分别为
13.5%和 9.1%ꎮ 其他杂交种或野生种类检出率为
25.0%ꎮ 软枣猕猴桃 ( A. arguta)和毛花猕猴桃
(A. eriantha)各 2份样品均为 CLBV阴性ꎮ
2.2  CLBV分离物的 cp基因序列分析
    采用引物 CP1F / CP1R 分别对以上检测结果
为阳性的 10个样品进行扩增ꎬ从来自安徽省的样
品 AH12、AH14、AH17ꎬ 湖北省果茶所样品 G15和
中国科学院武汉植物园的样品 Z3 中扩增获得预
期大小的产物ꎬ对扩增产物进行了克隆和测序ꎬ共
得到 15个克隆的序列ꎮ
    序列分析结果显示ꎬ扩增得到的 15 个克隆产
物全长为 1 525 bpꎬ均包含 CLBV 的部分 mp 基因
(244 bp)、间隔区(56 bp)和部分 3′ ̄UTR(133 bp)
及完整的 cp基因 (1 092 bp)ꎮ 5 个分离物内各克
隆的核苷酸序列相似性均为 99%以上ꎬ从各 CLBV
Table 1  Origins and GenBank accession numbers of the cp gene of CLBV isolates used for
sequence alignments and phylogenetic analyses
Isolate Host Geographic source Accession No. Reference
F1 ̄A Actinidia chinensis China JQ013961 [7]
M3 ̄A A. chinensis China JN900477 [7]
F1 ̄N A. chinensis China JN936275 [7]
F ̄HY A. chinensis China JQ013966 [7]
F3 ̄E4 A. chinensis China JQ013962 [7]
DMV ̄932 Citrus reticulate x C. sinensis USA FJ009367 [6]
SRA ̄153 Fortunella margarita France AJ318061 [5]
NZ_G18 C. limon New Zealand EU857539 [10]
NZ_G78 Poncirus trifoliata x C. sinensis China EU857540 [10]
 
Table 2  RT ̄PCR results for the detection of CLBV in different kiwifruit species
Species No. of detected samples No. of positive samples Frequency / %
Actinidia chinensis 37 5 13.5
A. delicious 22 2 9.1
A. arguta 2 0 -
A. eriantha 2 0 -
Other 12 3 25.0
Total 75 10 13.3
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植物病理学报 46卷
分离物中各选取一个代表性克隆 ( AH12 ̄2、
AH14 ̄1、AH17 ̄1、G15 ̄1和 Z3 ̄2)进行 cp基因序列
分析ꎮ 来自我国猕猴桃的 5 个分离物中ꎬAH14 和
Z3的 cp基因与新西兰报道的猕猴桃分离物F1 ̄N、
F1 ̄A、F3 ̄E4 和 F ̄HY 相应基因的核苷酸序列相似
性均达 98%以上ꎬ而与新西兰报道的 CLBV 猕猴
桃分离物 M3 ̄A相应基因的核苷酸序列相似性仅
为 83%左右ꎬ与来自柑橘及近缘种的 CLBV 分离
物(DMV ̄932、SRA ̄153、NZ_G18 和 NZ_G78)的
cp基因核苷酸序列相似性为 84% ~ 86%ꎮ CLBV
分离物 AH12、AH17 和 G15 间及与其他猕猴桃和
柑橘(或其近缘种)的 CLBV 分离物的 cp 基因核
苷酸序列相似性为 82.6%~88%(表 3)ꎮ
    本研究测定的 5 个 CLBV 分离物外壳蛋白均
由 363个氨基酸组成ꎬ这些分离物间及与新西兰报
道的猕猴桃分离物(除 CLBV M3 ̄A 外)间的 CP
氨基酸序列相似性为 95%以上ꎬ与来自柑橘及其
近缘种的 CLBV 分离物的 CP 氨基酸序列相似性
为 92.5%~96.4%(表 3)ꎮ
    在基于该病毒 cp基因核苷酸序列的系统进化
树中(图 1 ̄A)ꎬ除 M3 ̄A 单独为一分支外ꎬ本研究
所获得CLBV猕猴桃分离物与新西兰报道的猕猴
Table 3  Percent identities (%) of nucleotide (below diagonal) and amino acid
(above diagonal) sequences of cp gene of CLBV isolates
Isolates∗ AH12 ̄2 AH17 ̄1 G15 ̄1 AH14 ̄1 Z3 ̄2 F1 ̄A M3 ̄A DMV ̄932 SRA ̄153 NZ ̄G18 NZ ̄G78
AH12 ̄2 95.9 97.3 97.3 97.3 96.7 93.1 95.1 95.1 93.7 95.3
AH17 ̄1 86.3 95.3 95.3 95.9 94.8 90.8 92.9 92.9 91.8 93.2
G15 ̄1 88.0 86.2 97.5 97.5 97.0 93.1 94.2 94.2 92.9 94.5
AH14 ̄1 88.5 86.4 87.4 98.9 98.4 93.9 95.3 95.3 94.0 95.1
Z3 ̄2 88.6 86.6 87.5 99.7 98.4 93.9 95.3 95.3 94.2 95.1
F1 ̄A 88.4 86.3 87.5 99.3 99.4 93.3 95.3 95.3 94.0 95.1
M3 ̄A 83.4 82.9 82.6 82.8 82.9 82.9 91.9 91.9 90.6 91.7
DMV ̄932 85.7 83.7 84.9 84.9 85.0 85.2 84.2 98.9 97.3 98.4
SRA ̄153 85.7 83.2 84.7 84.7 84.7 85.0 84.0 97.4 97.3 98.4
NZ_G18 84.6 83.0 83.6 84.2 84.2 84.4 82.7 98.4 96.7 96.7
NZ_G78 85.4 83.2 84.6 84.6 84.6 84.9 82.9 98.3 98.4 96.7
  “∗”: F1 ̄Aꎬ M3 ̄Aꎬ DMV ̄932ꎬ SRA ̄153ꎬ NZ_G18 and NZ_G78 are isolates referred from GenBank.
Fig. 1  Phylogenetic analysis of Citrus leaf blotch virus(CLBV) isolates based on
nucleotide(A)and deduced amino acid(B)sequences of their cp gene
▲ The sequences referred from GenBank.
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  1期 朱晨熹ꎬ等:来源于猕猴桃的柑橘叶斑驳病毒的 RT ̄PCR检测及外壳蛋白基因序列分析
桃其他分离物聚为一组(组 I)ꎬ来自柑橘及其近缘
种的分离物聚为另一组(组 II)ꎮ 在组 I 中ꎬAH14
和 Z3 与新西兰报道的猕猴桃分离物亲缘关系较
近ꎬAH12、G15和 AH17则与这些分离物亲缘关系
较远ꎮ 在基于该病毒 CP 氨基酸序列的系统进化
树中(图 1 ̄B)ꎬ除来自柑橘及其近缘种的分离物聚
在一组外ꎬ其他分离物间均存在一定的遗传距离ꎬ
进一步表明来自猕猴桃的 CLBV 分离物存在较大
的分子变异ꎮ
3  讨论
    本研究首次对侵染我国猕猴桃的 CLBV 进行
分子检测ꎬ发现中华猕猴桃和美味猕猴桃均存在该
病毒侵染ꎬ该病毒在这 2种猕猴桃上的检出率分别
达 13.5%和 9.1%ꎮ 本研究未从软枣猕猴桃和毛花
猕猴桃上检测到该病毒ꎬ但因分析的样品数较少ꎬ
该结果不能完全代表这 2 种猕猴桃上 CLBV 的侵
染状况ꎮ CLBV主要通过种苗和无性繁殖材料调
运而远距离传播ꎬ侵染柑橘的 CLBV 可通过种子
传播[14]ꎮ 因此ꎬ加强对种苗及繁殖材料的病毒检
验对防止该病毒扩散将起到重要作用ꎮ
    分析 CLBV不同分离物的完整 cp基因序列的
结果显示ꎬ来源于我国猕猴桃的 CLBV 具有较大
的分子变异ꎬ分离物间最大差异接近 13%ꎮ 在这
些分离物中ꎬ仅部分分离物与新西兰报道的猕猴桃
分离物有较近的遗传距离ꎬ但未发现与 M3 ̄A在分
子特性上相似的分离物[7]ꎮ 新西兰报道的 CLBV
分离物均来自从中国陕西引进的中华猕猴桃和美
味猕猴桃ꎮ 因此ꎬ这些结果均表明侵染我国猕猴桃
的 CLBV具有高度的遗传多样性ꎬ且与侵染柑橘
类植物的 CLBV分离物在系统进化上有较大的遗
传距离ꎬ但该病毒的变异是否与其寄主地理和种类
来源直接相关还需要进行大量样品的分析ꎮ 此外ꎬ
本研究从 10 份猕猴桃样品中检测到 CLBVꎬ但仅
从其中 5 份上扩增到该病毒的 cp 基因ꎬ推测可能
与所设计引物靶标序列的变异有关ꎮ Vives 等[15]
研究发现来源于不同地理区域的 14 个柑橘 CLBV
分离物分子变异很小ꎬ导致分类上明显不同的 2 种
果树的 CLBV 分子特性差异的原因ꎬ及其分子特
性与该病毒生物学特性的关系等还有待进一步深
入研究ꎮ 目前ꎬ柑橘 CLBV 的检测主要采用基于
该病毒分子特性的 RT ̄PCR 和分子杂交技
术[15ꎬ16]ꎬ而侵染猕猴桃的 CLBV 存在高度的分子
变异ꎬ因此有必要在对该病毒分子特性研究基础
上ꎬ建立适合猕猴桃 CLBV 检测的分子技术ꎮ 我
国是猕猴桃的重要起源地ꎬ具有丰富的种质资
源[17]ꎬ猕猴桃产业正进入快速发展阶段ꎬ加强对猕
猴桃病毒病监控将对猕猴桃产业可持续发展具有
促进作用ꎮ
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责任编辑:于金枝   
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