核盘菌新型RNA病毒研究

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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum(Lib.)de Bary)是世界范围的重要植物病原真菌,具有广泛的寄主范围和地理分布。真菌病毒普遍存在于真菌中,能够引起弱毒特性的真菌病毒在生物防治上具有重要的应用潜力。核盘菌的真菌病毒具有丰富的种类和多样性,发掘核盘菌的真菌病毒资源,有利于研究病毒与寄主互作、病毒分类及进化,同时为菌核病的生物防治提供新的思路和资源。本研究分离了1967份从湖南省和安徽省采集来的核盘菌菌核,从中筛选出菌落表型异常的菌株共38株,其中湖南省有29株,安徽省9株,根据菌落表型可以分为4种类型:培养过程中菌落表型恢复正常的有7株;菌落正常,但不产生菌核的菌株有9株;菌落异常,不产生菌核的菌株有13株;菌落异常,产少量菌核的菌株有9株。提取这些菌株的ds RNA和DNA发现,这些异常的菌株中除基因组DNA外,有多条ds RNA或DNA片段,同时PCR检测发现多个菌株含有核盘菌DNA病毒Ss HADV-1,说明Ss HADV-1在自然界中广泛分布。在离体油菜叶片上进行致病力测定,结果表明28个菌株致病力下降或完全丧失致病力。从分离自安徽省肥东县的菌株AH98中发现了2个病毒,一个是核盘菌弱毒病毒Ss HV1,另一个为新的单股负义链RNA病毒,命名为核盘菌单股负义链RNA病毒1(Sclerotinia sclerotiorum negative-stranded RNA virus 1,Ss NSRV-1)。Ss NSRV-1基因组为10002 nt(Gen Bank登录号:KJ186782),基因组上线性分布有6个非重叠的ORF(ORF I-VI)。ORF V编码病毒的L蛋白,含有单股负义链RNA病毒(Mononegaviruses)保守的Rd Rp结构域MononegRNApol(pfam00946),而其它基因与NCBI数据库中序列均没有显著相似性。基因间隔区具有保守的序列(A/U)(U/A/C)UAUU(U/A)AA(U/G)AAAACUUAGG(A/U)(G/U),是Mononegaviruses普遍存在的“Gene-junction sequences”,其中“AAAACUUAGG”是上游基因的转录终止信号,“UAUUUAAUAAAACU”是下游基因的转录起始信号。5’RACE、3’RACE以及Northern blot分析发现,6个基因均可单独进行转录。在纯化的病毒粒子以及菌丝切片中均观察到了具有膜状结构的病毒粒子,呈线形,与Filoviridae中的病毒粒子形态相似,直径25-50 nm,长度约1000 nm。Ss NSRV-1的核衣壳呈螺旋状结构,构象变化较大,结构致密时,直径约22 nm,长度约200-2000 nm。Ss NSRV-1的核衣壳蛋白可能具有两种形式,一个大小为43 KDa(p43),另一个大小为41 KDa(p41),且均由ORF II编码。通过Northern blot分析证明了病毒粒子中的Ss NSRV-1基因组RNA,并且发现了缺陷型RNA的存在。通过克隆得到了这些缺陷型RNA的序列,序列分析表明Ss NSRV-1病毒粒子中的缺陷型RNA有多种不同的类型,主要是3’端的ORF I、ORF II发生了不同程度的缺失,5’端也有少量的缺失。系统发育分析表明,Ss NSRV-1属于单股负义链RNA病毒目(Mononegavirales),与Bornaviruses和Nyamiviruses亲缘关系较近,然而在基因组结构上有很大差异,因此,Ss NSRV-1在进化上可能代表一个独立的进化世系。Ss NSRV-1的病毒粒子在PEG介导的作用下能够侵染核盘菌的原生体,并且能够引起核盘菌产生弱毒症状,包括生长速度减慢、菌落形态异常、丧失致病力、不能产生菌核、菌丝尖端生长发生严重扭曲等。Ss NSRV-1在自然界中分布广泛,这是首次在真菌界中发现的单股负义链RNA病毒,证明自然界中存在真菌负义链RNA病毒。从分离自四川省荥经县的菌株SCH941中发现了2个新的ds RNA病毒,一个是双节段ds RNA病毒,命名为核盘菌双节段RNA病毒1(Sclerotinia sclerotiorum botybirnavirus 1,Ss BRV1),另一个ds RNA病毒是呼肠孤病毒,命名为核盘菌呼肠孤病毒1(Sclerotinia sclerotiorum reovirus 1,Ss Re V1)。Ss BRV1基因组具有2条ds RNA片段,即ds RNA1和ds RNA2,全长分别为6457 bp(Gen Bank登录号:KP774592)和5965 bp(Gen Bank登录号:KP774593)。ds RNA1含有一个大的开放阅读框(ORF1,nt 568-6343),推定蛋白含有1925个氨基酸,含有一个Rd Rp保守结构域(Rd Rp4,Pfam02123);ds RNA2也只含有一个大的开放阅读框(ORF2,nt 577-5848),推定蛋白含有1757个氨基酸,该蛋白功能未知。ds RNA1与ds RNA2具有保守的末端序列。Ss BRV1含有一条卫星RNA,全长为1647 bp(Gen Bank登录号:KP774594),在序列上与ds RNA1、ds RNA2均没有显著的相似性,同时也没有发现具有潜在功能的ORF,功能未知。ORF2的nt 2650-2953含有一个生长素受体结合功能域(hormone receptor binding domain,GHBP,Pfam12772)。ORF1的氨基酸区域aa 348-807与ORF2的氨基酸区域aa 135-621之间具有显著的相似性。Ss BRV1病毒粒子呈球形,直径38nm左右,含有ds RNA1、ds RNA2以及卫星RNA。Ss BRV1病毒粒子含有3个结构蛋白p120、p100和p80,分子量大小为120 KDa、100 KDa和80 KDa,分别由ORF2和ORF1编码。在PEG介导的作用下,病毒粒子可以侵染核盘菌的原生质体,但是卫星RNA可以丢失。生物学特性比较发现,Ss BRV1对核盘菌的影响与卫星RNA有关,卫星RNA能够引起核盘菌的弱毒特性,而卫星RNA丢失后,Ss BRV1对核盘菌的生物学特性没有显著的影响。系统发育分析发现,Ss BRV1与灰霉双节段ds RNA病毒Bp RV1有最近的亲缘关系,同时与单组分的全病毒Um V-H1以及未分类的ds RNA病毒Sp FV1和Ci TV1也有较近的亲缘关系。在分类上,Ss BRV1可能属于Wu等2013年建议成立的Botybirnaviridae。Ss Re V1基因含有11条ds RNA片段(S1-S11),Northern blot分析证明了这些ds RNA片段的存在,基因组大小为28055 bp,GC含量为42.6%,基因组序列还未提交到NCBI数据库中。S1-S11的末端序列含有保守的序列“5’-GAGWUKK-------UGCAGUC-3’”,W表示U或A,K表示U或G,其中标有下划线的核苷酸是严格保守的。除S6和S11外,其它ds RNA片段均只含有1个ORF,分别命名为ORF 1-ORF 11,编码的蛋白分别命名为VP 1-VP 11。VP1是病毒的Rd Rp,VP2可能是病毒的甲基转移酶,VP8可能是病毒的激酶和螺旋酶,其它蛋白的功能还未知。VP6-1和VP7分别含有保守的功能域DSRM功能域(Double-stranded RNA binding motif,pfam00035)和Atg14功能域(UV radiation resistance protein and autophagy-related subunit 14,pfam10186),并且分别与细菌的RNase III和真菌的一个保守的假定蛋白具有显著的相似性。Ss Re V1的病毒粒子呈球形,直径在65nm左右,病毒粒子表面没有明显的刺突状结构,含有6个蛋白组分,根据分子量大小分别命名为p165、p145、p65、p63、p57、p30。肽段指纹图谱(PMF-MS)鉴定表明p165即VP1,p145即VP2,p57即VP9,而p65、p63、p30分别由ORF5、ORF8和ORF9编码。Ss Re V1的病毒粒子在PEG介导的作用下,能够侵染核盘菌的原生质体,生物学特性比较发现,Ss Re V1表现为隐性侵染,对核盘菌的生物学特性没有显著的影响。系统发育分析表明,Ss Re V1并不属于已经成立的真菌呼肠孤病毒属(Mycoreovirus),而与侵染哺乳动物的Coltiviruses具有更近的亲缘关系。在分离自湖南省的菌株HN138中发现了核盘菌DNA病毒Ss HADV-1和一个双节段ds RNA病毒,命名为核盘菌双节段ds RNA病毒3(Sclerotinia sclerotiorum botybirnavirus 3,Ss BRV3)。Ss BRV3基因组含有2条ds RNA片段,即ds RNA1和ds RNA2,大小分别为6213 bp和5878 bp,序列尚未提交到NCBI数据库中,与灰霉双节段ds RNA病毒Bp RV1在核酸水平分别具有92%和97%的相似性,氨基酸水平上分别有97%和99%的相似性,因此Ss BRV3与Bp RV1为同一个病毒的不同株系。Ss BRV3对核盘菌和灰霉的生物学特性均没有显著的影响,而Bp RV1能够引起灰霉寄主产生严重的衰退症状。氨基酸差异比较发现,Ss BRV3与Bp RV1的ORF1有53个氨基酸的差异,其中23个氨基酸化学性质发生改变,且在948位发生了一个脯氨酸的缺失;ORF2氨基酸差异较少,共有15个氨基酸差异,其中4个氨基酸化学性质发生了改变,这些氨基酸位点的差异可能导致Ss BRV3和Bp RV1生物学特性差异。菌株HN138具有大量的气生菌丝,不产生菌核,与Ss HADV-1侵染的核盘菌表型有显著的区别,因此Ss BRV3与Ss HADV-1可能具有互作关系。首次利用宏病毒组学(Metavirome)来发掘核盘菌的病毒资源。从50个核盘菌菌株中共发现了36个病毒基因组类似的序列,24种+ss RNA病毒,8种ds RNA病毒,4种DNA病毒,其中包括Ss HADV-1,同时还有108条未知信息的序列。因此,宏病毒组学在发掘真菌病毒资源方面是一个强大的工具,同时揭示了核盘菌真菌病毒具有丰富的种类和多样性。
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