大麦黄花叶病病毒株系的基因组与致病性变异研究

【作者】 雷淼淼； 蒋枞璁； 冯宗云； 栾海业； 沈会权； 许如根； 杨平；

【机构】 中国农业科学院作物科学研究所； 四川农业大学； 江苏省盐城市农业科学院； 扬州大学农学院；

【摘要】 大麦黄花叶病是一种土传病毒病害,由大麦黄花叶病毒(Barley yellow mosaic virus, BaYMV)和大麦温和花叶病毒(Barley mild mosaic virus, BaMMV)单一或复合感染引起,严重威胁欧洲与东亚地区的冬大麦生产,在我国历史上以长江流域湖北、安徽、江苏、浙江、上海等地区为病情流行区域。这两种病毒均属于马铃薯Y病毒科(Potyviridae)、大麦黄花叶病毒属(Bymovirus),其病毒基因组由两条正义RNA单链构成。前期研究发现,BaYMV和BaMMV都存在大量变异株系。陈剑平院士早年研究了江浙地区多处土样中BaYMV和BaMMV株系在个别病毒蛋白编码序列上的变异,发现我国的病毒株系与欧洲的毒株之间存在显著的分化,不同地区病毒株系存在大量变异。本研究采集了来自12个省份共计30个大麦种植试验点的土壤样品(多为发病区),通过种植感病大麦鉴定根与叶片的病毒积累情况,克隆出来源于5个不同试验点的BaYMV和3个试验点的BaMMV全长基因组序列。通过序列和进化树分析发现不同病毒蛋白的编码区核苷酸突变率存在明显差异,其中VPg和P2蛋白的核苷酸突变和非同义氨基酸突变频率最高。另外,比较江苏盐城的BaYMV序列与20年前从当地分离的病毒序列,发现VPg蛋白编码区存在7个氨基酸位点的变异,其中4个变异位点位于决定病毒致病性的中心区域内。将23份含有不同抗性基因/位点(rym1-rym18)的大麦品系在江苏盐城与扬州进行了两年田间抗、感病性鉴定,发现主要抗性基因rym4、rym5和rym1/11均被特定毒性株系感染,其中rym5在盐城同时感染BaYMV和BaMMV。目前检测的抗性基因rym2,rym3,eIF4EHOR3298和rym12对两地病毒株系具有抗性,可用作大麦抗病性育种。rym13与rym18仅对盐城的毒性株系具有抗性,对扬州株系感病;rym7与rym9仅对扬州的BaYMV株系具有抗性。由此可知,两地的BaYMV株系在致病性上存在分化。与之对应的是,对盐城与扬州来源的BaYMV和BaMMV基因组进行比对发现,VPg蛋白区域分别存在13和9处氨基酸差异,表明这些位点可能与病毒的致病性相关。本研究首次在全国范围内对大麦黄花叶病病原、基因组组成和抗病性进行了鉴定,为探究病毒致病性的分化机制以及病毒与宿主互作机制奠定了基础。更多还原