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Molecular characterization of Rice black-streaked dwarf virus isolates causing maize rough dwarf disease in Henan

引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒河南分离物的分子特征



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(1): 101 ̄105(2015)
收稿日期: 2013 ̄07 ̄11ꎻ 修回日期: 2014 ̄09 ̄09
基金项目: 国家“十二五”粮食丰产科技工程项目(2012BAD04B07)ꎻ河南省现代农业产业技术体系专项(S2010 ̄02 ̄G05)ꎻ中国科学院知识
创新重大项目(KSCX2 ̄EW ̄N ̄08)
通讯作者: 李洪连ꎬ博士、教授ꎬ研究方向为植物病害监测与防控ꎻE ̄mail: honglianli@sina.comꎻ
施艳ꎬ博士、讲师ꎬ主要从事植物病毒学研究ꎻE ̄mail: shiyan00925@126.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.01.016
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研究简报
引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒河南分离物
的分子特征
刘瑞丽ꎬ 袁 媛ꎬ 王振跃ꎬ 王英志ꎬ 袁虹霞ꎬ 张晓婷ꎬ 施 艳∗ꎬ 李洪连∗
(河南农业大学植物保护学院植物病理学系ꎬ郑州ꎬ450002)
Molecular characterization of Rice black ̄streaked dwarf virus isolates causing maize
rough dwarf disease in Henan   LIU Rui ̄liꎬ YUAN Yuanꎬ WANG Zhen ̄yueꎬ WANG Ying ̄zhiꎬ
YUAN Hong ̄xiaꎬ ZHANG Xiao ̄tingꎬ SHI Yanꎬ LI Hong ̄lian   (College of Plant Protectionꎬ Henan Agricultural
Universityꎬ Zhengzhou 450002ꎬ China)
Abstract: Rice black ̄streaked dwarf virus (RBSDV) is the main pathogen that causes maize rough dwarfꎬ
rice black ̄streaked dwarf and wheat green dwarf in Chinaꎬ leading to severe damage of crop yield and quality.
In this study RBSDV infected maize leaves were collected from eight areas in Henan province. RT ̄PCR was
conducted to amplify the full ̄length s10 gene for sequencing. The results showed that the s10 of all the eight
isolates were 1 801 bp in length which encoded a protein of 558 amino acids (aa) . The nucleotide and amino
acid homology among the eight isolates were 93.0%~99.88% and 98.20% ~99.80%ꎬ respectivelyꎬ indicating
that the variation of nucleotides was more obvious than that of amino acids.
Key words: maize rough dwarfꎻ Rice black ̄streaked dwarf virusꎻ Henan isolatesꎻ S10ꎻ molecular characteri ̄
zation
文章编号: 0412 ̄0914(2015)05 ̄0101 ̄05
    目前已报道的造成玉米粗缩病的病原有 3 种ꎬ
分别是玉米粗缩病毒 (Maize rough dwarf virusꎬ
MRDV)ꎬ水稻黑条矮缩病毒(Rice black ̄streaked
dwarf virusꎬRBSDV)和南方水稻黑条矮缩病毒
( Southern rice black ̄streaked dwarf virusꎬ SRBS ̄
DV) [1]ꎮ 我国于 1954 年在新疆和甘肃发现该病ꎬ
上世纪 60年代曾在中东部夏玉米区流行ꎬ至 70 年
代以来各玉米产区已陆续发生[2]ꎬ近年来在黄淮
海夏玉米区特别是套播或晚春播、早夏播玉米田发
生危害严重ꎮ
    水稻黑条矮缩病毒属于呼肠孤病毒科斐济病
毒属(Fijivirus)ꎬ基因组由 10 条双链 RNA( dsR ̄
NA)组成ꎬ按其大小依次称为 S1 ~ S10[2]ꎬ依靠灰
飞虱传播ꎮ 病毒粒子为 20 面体对称球状结构ꎬ直
径 65~70 nmꎮ 在完整的病毒粒体中ꎬ至少含有 6
种结构蛋白ꎬ其中 RBSDV S10 编码含 588 个氨基
酸分子量为 63 kDa 的 P10 是主要结构蛋白[3]ꎮ
RBSDV S7 与 MRDV S6、RBSDV S8 与 MRDV
S7、RBSDV S10与 MRDV S10 具有较高的一致性
和相似的结构[4]ꎮ 迄今为止ꎬ中国已经报道 2 个
 
植物病理学报 45卷
RBSDV分离物的全基因组序列[4]ꎮ
    本文通过采集河南省 8 个地区的玉米粗缩病
病叶进行 RT ̄PCR 扩增获得 RBSDV S10 全长基
因ꎬ分析了不同地区 RBSDV分离物的分子特征及
变异情况ꎬ为河南省玉米粗缩病的监测和防控工作
提供了依据ꎮ
1  材料与方法
1.1  材料
    2012 年 8 月份从郑州、洛阳、安阳、南阳、信
阳、濮阳、焦作和驻马店 8 个地市玉米田采集玉米
粗缩病病样ꎮ 克隆载体 pMD19 ̄T 和 Ex Taq 购自
TaKaRa公司ꎬT4 DNA 连接酶购自 NEB 公司ꎬ逆
转录酶 M ̄MLV购自 Promega公司ꎬ胶回收试剂盒
购自百泰克公司ꎬTrizol 购自 Invitrogen 公司ꎬ其他
化学试剂均为国产分析纯ꎮ
1.2  植物总 RNA的提取
    利用 Invitrogen的 Trizol提取植物总 RNAꎬ具
体操作按照说明书进行ꎮ
1.3  反转录 ̄聚合酶链式反应(RT ̄PCR)
    合成正向引物 F (5′ ̄AAGTTTTTTTCCTCAC ̄
CCA ̄3′)和反向 R (5′ ̄GACAATAGCTGAATTTC ̄
CCCCTA ̄3′)ꎬ引物由南京金斯瑞生物科技有限公司
合成ꎮ 以提取的总 RNA为模板进行反转录ꎮ 反转
录体系包括: 5×MLV buffer 4 μLꎬ10 nmol􀅰L-1
dNTP 1 μLꎬ反向引物 1 μLꎬRNasin 0.5 μLꎬRNA
4 μLꎬMLV 1 μLꎬ用 DEPC H2O补足 20 μLꎮ 以反
转录产物( cDNA)为模板进行 PCR 扩增ꎮ 25 μL
PCR反应体系包括:ddH2O 10.5 μLꎬcDNA 1 μLꎬ10
μmol􀅰L-1 Primer F和 R分别 0.5 μLꎬEx Taq premix
12.5 μLꎮ 反应条件:94℃ 3 minꎬ然后 94℃ 30 sꎬ52℃
30 sꎬ72℃ 2 minꎬ共 35个循环ꎬ最后 72℃延伸 10 minꎮ
PCR产物经 1%琼脂糖凝胶电泳(100 Vꎬ30 min)ꎬ经
EB染色后ꎬ用 AlphaImager 2200成像ꎮ
1.4  目的片段的连接、转化及重组子鉴定
    将 PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳ꎬ回收目的片
段ꎮ 回收的目的片段进行琼脂糖凝胶电泳确定其纯
度ꎮ 然后将纯化的 DNA 片段连接到 pMD19 ̄T
载体上ꎬ随后将连接产物转化到大肠杆菌 DH5a感
受态细胞中ꎬ在含氨苄抗生素的 LB固体培养基于
37℃培养 12 hꎮ 用灭菌牙签挑取单菌落ꎬ接种于含
氨苄青霉素的 LB 液体培养基中ꎬ在 37℃、200 r􀅰
min-1的摇床中振荡培养 12 hꎬ提取质粒进行 PCR
验证ꎮ
1.5  序列测定与分析
    经 PCR鉴定为阳性的克隆送南京金斯瑞生物
科技有限公司测序ꎬ每个分离物至少测定 3个独立
的 PCR获得的克隆各一个ꎮ 用 DNAMan 软件对
所得序列与 NCBI 的 GenBANK 进行比对ꎬ用
MEGA5.2软件构建系统树(保留 Bootstrap 值大于
50%的分支ꎬ注明大于 80%的分支)ꎮ
2  结果与分析
2.1  RT ̄PCR扩增及序列特征
    RT ̄PCR 扩增得到一个 1.8 kb 左右的特异性
片段(图 1)ꎮ 回收后克隆至 pMD19 ̄T 载体ꎬ将检
测为阳性的克隆用于序列测定ꎬ结果表明 s10 的全
长为 1 801 bpꎬ其中 5′UTR长度为 21 bpꎬ3′UTR长
度为 103 bpꎬ中间是一个长度为 l 677 bp的开放阅
读框ꎬ编码 558 aaꎮ 序列比较发现各个 RBSDV 分
离物的核苷酸变异主要是同类碱基的转换ꎬ即 AG
或 CT之间的转换ꎬ而且大多数变异发生在密码子
的第三位碱基上ꎬ不引起蛋白质水平上的变化ꎮ 在
氨基酸水平上ꎬ也多是同类氨基酸的替代ꎮ
Fig. 1  RT ̄PCR amplification of s10
M: DL 5 000 markerꎻ Lane 1: RT ̄PCR product.
201
 
  1期 刘瑞丽ꎬ等:引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒河南分离物的分子特征
2.2  一致性分析
    8个分离物中安阳(Anyang)、焦作( Jiaozuo)、
南阳 (Nanyang)和濮阳 ( Puyang)四地区的 S10
ORF 编码蛋白序列一致性较高ꎬ达到 98. 81 ~
99.88%ꎬ其中安阳与焦作分离物一致性最高ꎬ为
99. 88%ꎻ 这 4 个分离物与日本的一个分离物
(D00606)一致性均较低ꎬ分别为 92.84%ꎬ92.84%ꎬ
93.14%ꎬ92.91%ꎮ 南阳分离物与江苏分离物 JSX ̄
HR36(HM209076)一致性较高ꎬ为 99.46%ꎬ濮阳分
离物与山东分离物 Sd (AF367478)一致性较高ꎬ为
98.57%ꎮ
    驻马店 (Zhumadian)分离物与湖北分离物
Wuhan(AJ91707)一致性最高ꎬ为 99.28%ꎬ与日本
的一个分离物(D00606)一致性最低ꎬ为 92.78%ꎮ
信阳 ( Xinyang ) 分离物与湖北分离物 ( Hbrꎬ
AF227206)一致性最高ꎬ为 99.17%ꎬ与日本最低为
92.84%ꎮ
    洛阳(Luoyang)分离物与安徽分离物 AHBB12
(HM188496)一致性最高ꎬ为 99.58%ꎬ与山东分离物
(Sdꎬ AF367478)最低为 94.01%ꎮ 郑州(Zhengzhou)
与洛阳分离物一致性最高ꎬ为 99.34%ꎬ与浙江水稻
Zhjr(AY050489)ꎬ浙江小麦 Zhjw(AY050488)ꎬ浙江
Zhjs(AF459813) 一致性均为 99. 22%ꎬ而与 Sd
(AF367478)最低ꎬ为 93.98%ꎮ
2.3  系统发育树分析
    用MEGA3.1对克隆的 8个分离物的 S10 ORF
编码蛋白序列构建了系统树(图 2)ꎮ 从图 2 可以
看到安阳与焦作分离物一致性最高ꎬ安阳、南阳、濮
阳和焦作分离物一致性较高ꎮ 洛阳与郑州分离物
一致性最高ꎬ信阳与驻马店分离物一致性最高ꎮ
    用 MEGA3.1 再对本实验克隆的 8 个分离物
的 S10 ORF编码蛋白序列与 GenBank 中的 15 个
RBSDV序列构建系统树(图 3)ꎬ其中 16 个序列分
别取自中国的河北省ꎬ湖北省ꎬ山东省ꎬ江西省ꎬ江
苏省ꎬ山西省ꎬ安徽省和浙江省ꎬ国外的日本和意大
利ꎬ以 MRDV(L76560)为外组ꎮ 由图 3 可见这 24
个分离物明显分为 A 和 B 两组ꎮ A 组有 16 个分
离物ꎬ它们一致性在 96.10%~ 99.8%ꎮ 河南省驻马
店、安阳、焦作、南阳、濮阳和信阳的 6 个分离物与
河北省、湖北省、山东省、江西省、江苏省和山西省
分离物形成一个小组ꎬ而与浙江水稻上的分离物
Zhejiang(AJ297433)形成亚小组ꎮ
    本研究中的洛阳与郑州分离物在另一个组ꎬ与
浙江的 3个分离物和安徽的 1 个分离物一致性最
高ꎬ一致性为 99.10~99.80%ꎬ而与日本的 1 个分离
物(D00606) 一致性较低ꎬ日本的 1 个分离物
(D00606)形成一个独立分支ꎮ
2.4  氨基酸变异分析
    本实验取 GenBANK 中河南分离物 Hn
(AF227207)与郑州、洛阳、安阳、南阳、信阳、濮阳、
焦作和驻马店分离物的氨基酸序列在 MEGAZH
中进行对比ꎬ由表 1可见ꎬ氨基酸变异率在 0.2% ~
1.8%ꎬ说明各分离物的氨基酸序列一致性较高ꎮ
Fig. 2  Phylogenetic tree constructed with s10 gene of eight
Rice black ̄streaked dwarf virus isolates
Isolates were listed in the order of name / location / original host / GenBANK accession number.
301
 
植物病理学报 45卷
Table 1  Amino acid variation of Rice black ̄streaked dwarf virus isolates in Henan province
Hn ̄Henan ̄zea_mays ̄AF227207 0.003 0.003 0.003 0.006 0.003 0.003 0.004 0.005
Zhumadian ̄Henan ̄maize 0.005 0.002 0.002 0.005 0.002 0.003 0.003 0.005
Anyang ̄Henan ̄maize 0.005 0.004 0.002 0.005 0.002 0.003 0.003 0.005
Jiaozuo ̄Henan ̄maize 0.004 0.002 0.002 0.005 0.000 0.002 0.003 0.005
Luoyang ̄Henan ̄maize 0.018 0.016 0.016 0.014 0.005 0.006 0.006 0.003
Nanyang ̄Henan ̄maize 0.004 0.002 0.002 0.000 0.014 0.002 0.003 0.005
Puyang ̄Henan ̄maize 0.007 0.005 0.005 0.004 0.018 0.004 0.003 0.005
Xinyang ̄Henan ̄maize 0.007 0.005 0.005 0.004 0.018 0.004 0.007 0.005
Zhengzhou ̄Henan ̄maize 0.016 0.014 0.014 0.013 0.005 0.013 0.016 0.016
Fig. 3  Phylogenetic tree constructed with s10 gene of 24 Rice black ̄streaked dwarf virus isolates
Isolates were listed in the order of name / location / original host / GenBANK accession number.
3  讨论
    本研究测定了河南省 8 个地市 RBSDV 分离
物的 S10全长基因ꎬ进行了一致性、系统发育和氨
基酸变异分析ꎬ结果发现河南的 8 个 RBSDV 分离
物的 S10核苷酸变异明显ꎬ氨基酸变异较低ꎬ表现
相对保守ꎮ
    从系统发育树分析来看ꎬ安阳与焦作分离物同
源性最高ꎬ洛阳与郑州分离物同源性最高ꎬ信阳与
驻马店分离物同源性最高ꎬ由于安阳和焦作都属于
401
 
  1期 刘瑞丽ꎬ等:引起玉米粗缩病的水稻黑条矮缩病毒河南分离物的分子特征
豫北地区ꎬ信阳和驻马店都属于豫南地区ꎬ而郑州
属于河南中西部ꎬ与洛阳毗邻ꎬ说明 RBSDV 不同
分离物的变异与地理分布有一定关系ꎮ 本研究中
扩增的 RBSDV S10 编码蛋白已经被证实为外壳
蛋白[3]ꎬ通过对 S10 的核苷酸和氨基酸变异情况
进行分析发现虽然核苷酸变异较大ꎬ但是在氨基酸
水平上还是表现较为保守ꎬ说明 S10作为外壳蛋白
保守性较高ꎮ 通过系统发育树分析发现 8 个分离
物中洛阳和郑州分离物与其它 6 个分离物不在一
个组中ꎬ说明这两个分离物与其他地区的分离物变
异较大ꎬ这种现象在山东分离物的研究中已有报
道[5]ꎮ
    对河南省不同地区的 RBSDV 的鉴定为进一
步研究该病毒在河南省的发生规律奠定了基础ꎬ为
研究该病毒的分子变异提供了理论依据ꎬ有助于研
究变异位点与致病性的相关性ꎮ
参考文献
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责任编辑:杨爱东
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