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云南省保山市烟草病毒多样性及其危害特征

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沈广材, 张富强, 郭应成, 等. 云南省保山市烟草病毒多样性及其危害特征[J]. 植物医学, 2024, 3(6): 23-31. doi: 10.13718/j.cnki.zwyx.2024.06.003
引用本文: 沈广材, 张富强, 郭应成, 等. 云南省保山市烟草病毒多样性及其危害特征[J]. 植物医学, 2024, 3(6): 23-31. doi: 10.13718/j.cnki.zwyx.2024.06.003
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SHEN Guangcai, ZHANG Fuqiang, GUO Yingcheng, et al. Diversity and Occurrence Characteristic of Tobacco Virus in Baoshan[J]. PLANT HEALTH AND MEDICINE, 2024, 3(6): 23-31. doi: 10.13718/j.cnki.zwyx.2024.06.003
Citation: SHEN Guangcai, ZHANG Fuqiang, GUO Yingcheng, et al. Diversity and Occurrence Characteristic of Tobacco Virus in Baoshan[J]. PLANT HEALTH AND MEDICINE, 2024, 3(6): 23-31. doi: 10.13718/j.cnki.zwyx.2024.06.003
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云南省保山市烟草病毒多样性及其危害特征

  • 1.

    云南省烟草公司 保山市公司，云南 保山 678000

  • 2.

    中国农业科学院 烟草研究所，山东 青岛 266101

  • 基金项目: 云南省烟草公司保山市公司科技项目(2022530000242003)
详细信息
    作者简介:

    沈广材，硕士，农艺师，主要从事烟草生产 .

    通讯作者: 宫燕伟，博士

  • 中图分类号: S432.4

Diversity and Occurrence Characteristic of Tobacco Virus in Baoshan

  • 1.

    Baoshan Branch of Yunnan Tobacco Company, Baoshan Yunnan 678000, China

  • 2.

    Tobacco Research Institute of CAAS, Qingdao Shandong 266101, China

  • 摘要:

    烟草病毒是影响烟草生产的重要病原，常造成复杂且严重的病害. 研究利用宏病毒组测序和分子检测技术，分析云南省保山市隆阳区2022—2023年烟草病毒的多样性及危害特征. 结果表明：2022年各地块烟草病毒危害情况轻于2023年. 危害烟草的烟草病毒主要有6种，分别为烟草花叶病毒(Tobacco Mosaic Virus，TMV)、马铃薯Y病毒(Potato Virus Y，PVY)、辣椒脉斑驳病毒(Chilli Veinal Mottle Virus，ChiVMV)、番茄斑萎病毒(Tomato Spotted Wilt Virus，TSWV)、黄瓜花叶病毒(Cucumber Mosaic Virus，CMV)和烟草曲叶病毒(Tobacco Leaf Curl Virus，TLCV). TMV为主要优势病毒，PVY和ChiVMV危害显著上升，且部分病毒株系呈现显著的地域分化特性. 研究结果为云南省保山市烟草病毒病流行机制的深入解析和科学防控提供了重要依据.

    Abstract:

    Tobacco viruses are important pathogens that significantly impact tobacco production, often causing complex and severe diseases. This study utilized metagenomic sequencing and molecular detection techniques to analyze the diversity and harm characteristics of tobacco viruses in Longyang District, Baoshan City, Yunnan Province, from 2022 to 2023. The results showed that the virus damage to tobacco in 2022 was less severe compared to 2023. Six tobacco viruses were identified as the main pathogens: Tobacco Mosaic Virus (TMV), Potato Virus Y (PVY), Chilli Veinal Mottle Virus (ChiVMV), Tomato Spotted Wilt Virus (TSWV), Cucumber Mosaic Virus (CMV), and Tobacco Leaf Curl Virus (TLCV). TMV was the dominant virus, while the damage by PVY and ChiVMV increased significantly. Furthermore, some virus strains exhibited distinct characteristics of regional differentiation. The findings provide important insights into the viral epidemic mechanisms in tobacco plants in Baoshan, Yunnan, and offer valuable data for effective control strategies.

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  • 图 1  保山市烟区烟草病毒病害典型症状

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    图 2  保山市烟草病毒病叶PCR产物凝胶电泳

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    图 3  保山市烟草病毒分离物的系统进化树

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    图 4  2022—2023年保山市烟区病毒病发病情况

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    图 5  宏病毒组物种注释结果

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    图 6  病毒基因组在数据库中的注释结果

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-29
  • 刊出日期:  2024-12-25

云南省保山市烟草病毒多样性及其危害特征

    通讯作者: 宫燕伟，博士
    作者简介: 沈广材，硕士，农艺师，主要从事烟草生产
  • 1. 云南省烟草公司 保山市公司，云南 保山 678000
  • 2. 中国农业科学院 烟草研究所，山东 青岛 266101
  • 收稿日期:  2024-01-29
基金项目:  云南省烟草公司保山市公司科技项目(2022530000242003)

摘要: 

烟草病毒是影响烟草生产的重要病原，常造成复杂且严重的病害. 研究利用宏病毒组测序和分子检测技术，分析云南省保山市隆阳区2022—2023年烟草病毒的多样性及危害特征. 结果表明：2022年各地块烟草病毒危害情况轻于2023年. 危害烟草的烟草病毒主要有6种，分别为烟草花叶病毒(Tobacco Mosaic Virus，TMV)、马铃薯Y病毒(Potato Virus Y，PVY)、辣椒脉斑驳病毒(Chilli Veinal Mottle Virus，ChiVMV)、番茄斑萎病毒(Tomato Spotted Wilt Virus，TSWV)、黄瓜花叶病毒(Cucumber Mosaic Virus，CMV)和烟草曲叶病毒(Tobacco Leaf Curl Virus，TLCV). TMV为主要优势病毒，PVY和ChiVMV危害显著上升，且部分病毒株系呈现显著的地域分化特性. 研究结果为云南省保山市烟草病毒病流行机制的深入解析和科学防控提供了重要依据.

English Abstract

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  • 开放科学(资源服务)标识码(OSID)：

  • 植物病毒单独或混合侵染烟草引起的病毒病害是烟草生产中最常见且防治最困难的病害之一. 我国已报道烟草病毒31种，并发现多个分离物，田间复合侵染加剧了病害的复杂性和危害性[1]，经济损失超过病虫害造成的总损失的1/3[2]. 烟草是云南、四川、贵州等省的重要经济作物. 随着种植结构调整和气候变化，特别是干旱和设施农业的发展，媒介昆虫的增多导致病毒病长期流行，病毒种类日益复杂. 烟草花叶病毒(Tobacco Mosaic Virus，TMV)和马铃薯Y病毒(Potato Virus Y，PVY)依然是各烟区的优势病毒；此外，自1992年番茄斑萎病毒(Tomato Spotted Wilt Virus，TSWV)首次在四川发生后，通过蓟马传播，该病毒的危害已扩展至云南、贵州、黑龙江、山东等地[3-7]. 辣椒脉斑驳病毒(Chilli Veinal Mottle Virus，ChiVMV)由蚜虫传播，自2011年首次在云南发生后，迅速蔓延至四川、重庆、贵州等省(市)[8-13]，成为烟草生产中需重点关注的病毒；粉虱传播的烟草曲叶病毒(Tobacco Leaf Curl Virus，TLCV)在广西、云南、四川局部地区危害较重[14-15]. 烤烟是云南省保山市隆阳区的主要支柱产业之一，在经济总收入中占比较高. 2023年全区植烟面积为6 200 hm2，分布在蒲缥、丙麻、板桥、西邑、汉庄、杨柳和水寨. 受气候变暖、种植结构调整和城乡变迁等因素的影响，植物病毒的寄主范围扩大，媒介昆虫增多[16]. 近年来，烟草病毒病种类和危害范围逐步扩大，精准诊断变得更加困难，亟需明确病毒种群结构和危害特征，为烟草病毒的有效防控提供科学依据.

    宏病毒组测序通过特殊方法将样品中的病毒与其他微生物分离，提取核酸进行高通量测序，将测序结果与现有文库比对，以分析样本中病毒的种群结构. 宏病毒组已成为绘制病毒图谱和鉴定新病毒的重要技术[17]. 宏病毒组测序在感病葡萄中发现了新的葡萄灰皮诺病毒(Grapevine Pinot Gris Virus，GPGV)[18]；在猕猴桃病样品中检测到8种已知病毒，并首次发现3种侵染猕猴桃的病毒[19]；在河南感病苹果树中鉴定到5种苹果病毒、1种柑橘病毒及7种真菌病毒[20]；江苏地区豆蚜携带19种昆虫病毒和包括新的弹状病毒(Aphis Craccivora Associated Rhabdo Virus，AcARV)在内的5种植物病毒[21]. 本研究旨在明确保山市隆阳区烟草病毒的种群结构和危害特征，开展病毒宏基因组分析及主要种类的危害特征研究，以为病害流行预警和防控提供科学依据.

1.   材料与方法

    1.1.   引物

  • 根据病毒的基因组序列，采用Primer 5.0设计合成特异性检测引物F1/R1及扩增外壳蛋白引物F2/R2. 引物合成和测序由青岛蔚来生物科技有限公司完成.

    • 1.2.   田间烟草病毒病病情调查

  • 2022—2023年，采用大田普查法分别对云南省保山市隆阳区板桥、蒲缥、汉庄、丙麻、西邑这5个烟站种植的“云烟116”“云烟300”“红花大金元”“K326”“云烟99”“云烟105”进行病情调查. 每个烟站调查1~3块地，每地块采用随机3点取样方法，每点不少于30株. 根据典型症状判定病害种类，以株为单位，逐株记录发病级别，按式(1)和式(2)计算发病率和病情指数[4].

    • 1.3.   病叶采集、PCR检测及毒株鉴定

  • 每个地块采集疑似病毒症状的病株叶片，同类型重复取样3株. 每次采样后更换手套，并单独封存样品，同时记录症状及疑似病毒类型. 2022年共取样69份，2023年共取样97份. 提取病叶总RNA，反转录为cDNA，使用特异性引物配置PCR体系，依据琼脂糖凝胶电泳结果分析产物片段大小，从而鉴定病毒种类[5]. 对每种病毒选取1~3个阳性样品，扩增CP基因并进行测序. 将测序结果提交NCBI进行比对，并以主要分离物为外群，使用MEGA 7.0软件构建分子进化树[7, 10].

    • 1.4.   烟草病叶宏病毒组测序分析

  • 2023年，在5个烟站采集的感病植株病叶被混合为1个样品，并通过干冰冷冻后寄送至北京诺禾致源科技股份有限公司进行宏病毒组测序[19-20, 22]. RNA基因组经过反转录和二链合成后转化为双链cDNA，并进行RNA建库. 经质检合格的文库使用Illumina平台进行测序. 测序结果通过SOAPaligner，BWA等软件进行处理，首先将clean reads比对到宿主基因组，去除宿主序列，再比对到病毒参考数据库，从而快速获得样本中的病毒分类信息. 使用Prokka预测病毒contigs上的基因序列，并将预测的基因蛋白序列与UniProtKB/Swiss-Prot/KEGG数据库中的病毒序列比对，进而获得功能注释信息.

2.   结果与分析

    2.1.   保山市烟草病毒典型病症及PCR检测结果

  • 2022—2023年，通过普查5个烟站发现了6种主要病毒病害，分别为TMV，PVY，ChiVMV，TSWV，CMV和TLCV. TMV引起沿叶脉的黄绿相间斑驳花叶，叶片轻微变形并出现深绿色斑块；PVY引发退绿环斑、轻微花叶、叶脉坏死和叶片皱缩；ChiVMV导致叶片褪绿、黄化，表现为圆形亮斑及病斑连片变褐坏死；TSWV引起半边叶点状密集坏死、不对称生长，顶芽坏死并侧倒，茎秆半边坏死及髓部变黑；CMV导致疱斑畸形、鼠尾叶，叶片变薄并出现橡叶纹坏死；TLCV引起严重曲叶、叶脉不规则增厚肿大及皱褶增生(图 1).

    2022年，在69份病叶中检测到5种病毒. 其中，TMV，CMV，PVY和ChiVMV的产物大小分别为480 bp，380 bp，300 bp和1 706 bp；TSWV在两条双义链(M，S)上的3个基因(NSm，N和NSs)产物大小分别为910 bp，770 bp，1 000 bp. 2023年，在97份病叶中，除了检测到2022年报道的5种病毒外，还在西邑“云烟105”病叶的DNA中发现双生病毒TLCV，PCR产物大小为500 bp(图 2).

    • 2.2.   保山市烟草病毒分离物的分子进化

  • 对板桥、蒲缥、汉庄、丙麻和西邑5个烟站采集的97份烟草病叶样品进行PCR检测和外壳蛋白(CP)基因测序. 结果表明，TMV，PVY，CMV和TSWV是主要病毒种类. TMV-baoshan与NCBI数据库比对后，进行系统发育分析，发现其与15个代表性序列[23]中的X68110.1，GQ280795.1，HE818443.1，NC001367.1，AY360447.1，AF165190.1聚为一大分支，相似度96%，与HE818443.1 Jimo(U1株系)相似度最高. PVY-baoshan与8个株系(NTN-NW，N∶O，N-Wi，O，C，NTN，N和NTN-N)进行系统发育分析[24]，发现与NTN-NW株系的基因序列一致性最高，相似度为72%. CMV-baoshan与19个CMV株系及1个外群(TSWV-CP)进行系统发育分析[25]，发现与IA株系的基因序列一致性最高，聚为一分支，相似度为97%. TSWV-baoshan与12个代表株系[26]的CP基因进行系统发育分析，发现其与KC294570 Yunnan株系的基因序列一致性最高，聚为一分支，同源性达到94%(图 3).

    • 2.3.   保山市烟草病毒的危害特征

  • 2022年8月上旬，对板桥、蒲缥、汉庄和丙麻4个烟站的7块病地进行病情分类统计，发现5种病毒，发病严重程度从高到低依次为TMV，PVY，CMV，ChiVMV和TSWV. 2023年6月下旬，对西邑、蒲缥、丙麻、板桥和汉庄5个烟站的13块病地进行病情统计，发病严重程度从高到低依次为TMV，ChiVMV，TSWV，PVY和CMV(图 4).

    • 2.4.   病毒组信息、群落结构、病毒基因预测及功能注释

  • 2023年，保山市烟草病叶宏病毒组RNA测序共检测到7种植物病毒，包括6种已知烟草病毒TMV，PVY，TSWV，ChiVMV，CMV和番茄环纹斑点病毒(TZSV)，以及1种新侵染烟草的水稻病毒属(Oryzavirus)dsRNA病毒——水稻齿叶矮缩病毒(Rice Ragged Stuntvirus，RRSV). 在病毒属水平上，马铃薯Y病毒属(Potyvirus)、番茄斑萎病毒属(Orthotospovirus)、烟草花叶病毒属(Tobamovirus)的相对丰度分别为62.88%，11.91%和3.91%(图 5).

    利用MEGAN的SEED数据库对病毒基因进行功能预测. 注释结果显示，在生物过程条目中，细胞过程、代谢过程和生物调节相关基因的占比较高. 在细胞组分条目中，病毒粒子和含蛋白复合物的基因占比较高，这些基因在维持病毒复制和生理结构方面起重要作用. 在分子功能条目中，催化活性、结合和转运体活性相关基因占比较高，这些过程在不同程度上影响了病毒在植物体内的侵染和复制能力(图 6).

3.   结论与讨论

  • 中国各烟区气候、种植制度、烟草类型及品种差异较大，导致主要病毒种类和株系的不同. 北方和黄淮烟区以TMV和PVY为主，西南烟区为TSWV和TLCV，以及近年迅速蔓延的ChiVMV. 研究显示，河南烟区主要发生TMV，CMV，烟草蚀纹病毒(Tobacco Etch Virus，TEV)，PVY和烟草脉带花叶病毒(Tobacco Vein Banding Mosaic Virus，TVBMV)，其中TMV为优势种，单一病毒侵染率为26.86%，复合侵染率为61.84%[9]. PVY侵染烟草表现为普通花叶、点刻条斑、脉坏死和茎坏死4种类型[15]. 云南烟草TSWV分离物呈多样性[10]，由于株系分化变异频率高，以及Sw-5型抗病番茄和Tsw型抗性辣椒品种的种植，已出现突破Sw-5抗性的毒株TSWV-A[27]，以及克服Tsw抗性并引起辣椒系统性绿斑的分离物YN53[28]. TLCV分离物在烟草上的症状主要分为Ⅰ类(严重曲叶和杯状增生物)、Ⅱ类(叶色淡绿、窝状凹陷和针状增生物)、Ⅲ类(叶片革质和脉间狭小突起增生)和Ⅳ类(叶脉不规则增厚肿大和绿色褶状增生)[15]. ChiVMV分离物根据CP序列分为Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ三类群体，种群分化与寄主种类无显著相关性，但地域特征明显，云贵川地区烟草分离物亲缘关系较近[10-13].

    本研究通过病害症状、PCR检测和CP序列，确定TMV，PVY，CMV和TSWV为保山市隆阳烟区的主要病毒种类，分别与U1，NTN-NW，ΙA和KC294570 Yunnan分离物相似度最高. 田间试验结果显示，TMV发病率最高，PVY导致的脉坏死危害较重，TSWV和ChiVMV从少数烟站零星发生上升至广泛存在，CMV危害较轻，中后期TMV易与其他病毒混合感染. 前期TMV主要通过接触传播，而蚜传病毒PVY，ChiVMV和CMV较轻，这与释放烟蚜茧蜂(Aphidius sp.)有效防控媒介有关；后期PVY的危害上升，TSWV表现为光杆且一侧坏死的重病株，易与青枯病混淆.

    农事操作、品种抗性和传毒介体是导致病毒病流行的主要因素. 移栽后接触传播可导致TMV在3周内迅速爆发；蚜传病毒PVY的发病率和病情指数与有翅蚜迁飞及蚜虫虫口密度密切相关[3]. 高温干旱时蓟马数量增加，导致TSWV爆发[7]. 本研究对隆阳烟区5个烟站2年的病情统计表明，地块间的农事操作、品种抗性、间作/临作物以及媒介昆虫的差异显著影响病毒种类和危害程度. 通过持续的系统调查、数据转换和建模，为各因素赋予权重，明确其在病毒病流行中的作用，可为病害源头控制和节点防控提供科学依据.

    虽然宏基因组无法评估病毒对宿主的适应性，但能快速鉴定样本中的所有病毒及优势病毒，已成为病毒快速诊断、新病毒发现和流行预警的重要技术[21]. 本研究利用宏病毒组技术从保山市隆阳区烟草混合病叶中鉴定到6种已知烟草病毒，分别为TMV，PVY，TSWV，TLCV，ChiVMV和CMV，以及新侵染烟草的水稻病毒属RRSV. 在属和种水平上，其结果较普查记录和检测更为多样. 对于丰富度较高的马铃薯Y病毒属的PVY和ChiVMV、番茄斑萎病毒属的TSWV和TZSV，应加快抗性种质筛选，并持续监测病毒变异及抗性突破株.

    云南省保山市隆阳区烟草的病毒种类丰富多样，其中TMV发病率最高，PVY可导致脉坏死，危害最重. TSWV和ChiVMV由零星发生上升为各烟站常见的重病株，CMV危害较轻，TLCV仅在局部地块重发，并为新发现类型. 农事操作、品种抗性及虫媒种类显著影响病情发展.

参考文献 (28)

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