真菌菌株IBc-352和IBc-114的病毒多样性及防病潜力研究

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灰葡萄孢(Botrytis cinerea)是世界性重要病原真菌,引起作物灰霉病。灰葡萄孢因其寄主种类多、传播速度快、易变异及抗逆性强等特点,在全球范围内造成了严重的经济损失。植物灰霉病防治较为困难,也亟待寻找新的防治方法。真菌病毒是潜在的作物病害生物防治资源,实验室前期对来自以色列的406个灰霉菌菌株进行了病毒组分析,检测到多种真菌病毒。本研究旨在从其中的2株无致病力并丧失产孢能力的菌株IBc-352和IBc-114中鉴定出新的病毒并研究其防治灰霉病的潜力。IBc-352菌株菌落形态异常,边缘形状呈现明显扇变,不能产分生孢子和菌核,无致病力。根据病毒基因组序列设计引物,从菌株IBc-352中鉴定出13种真菌病毒。菌株IBc-352中的病毒包括4种线粒体病毒科病毒,即灰葡萄孢线粒体病毒1(Bc MV1-IBc-352)、灰葡萄孢线粒体病毒4(Bc MV4-IBc-352)、灰葡萄孢线粒体病毒9(Bc MV9-IBc-352)和核盘菌线粒体病毒3(Ss MV3-IBc-352);裸露核酸病毒科有1种,即灰葡萄孢裸露核酸病毒5(Bcb NV5-IBc-352);减病毒科1种及其卫星病毒,即灰葡萄孢减毒病毒1(Bc HV1-IBc-352);披膜病毒科1种,即灰葡萄孢披膜病毒1(Bc ALV1-IBc-352);未分类病毒2种,即核盘菌双链RNA-L(Ssd ML-IBc-352)、灰葡萄真菌病毒5(Bc My V5-IBc-352);隶属于内源病毒科的1种新病毒,暂命名灰葡萄孢β内源RNA病毒2(Bc BEV2);隶属于番茄丛矮病毒科1种新病毒,暂命名为灰葡萄孢丛矮病毒样病毒2(Bc ULV2);全病毒科新病毒1种,暂命名为灰葡萄孢维多利亚全病毒4(Bc VV4)。其中Bc BEV2、Bc ULV2和Bc VV4为新病毒。Bc BEV2病毒的基因组是一条+ss RNA,目前获得的基因组序列长11097 nt,3’端和5’端序列未知。该基因组有一个完整的ORF,编码一个大小为3583 aa的多聚蛋白,包括病毒甲基转移酶(Methyltransferases,MTR)结构域(338-561 aa)、DEADc结构域(1269-1405 aa)、病毒解旋酶(Viral helicase,Hel)结构域(1843-2076 aa)和依赖RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,Rd Rp)结构域(3241-3406 aa)等。Bc BEV2与灰葡萄孢β内源RNA病毒1(Botrytis cinerea betaendornavirus 1,Bc BEV1)具有最近的亲缘关系,它们的多聚蛋白一致性为67.68%。因此,推定Bc BEV2是一种新的内源RNA病毒科病毒。Bc ULV2的基因组是一条+ss RNA,目前已获得的基因组序列长4279 nt,3’端和5’端序列未知。该基因组编码两个ORF,其中,ORF1编码331 aa的未知功能的蛋白,ORF2编码包含Rd Rp 513 aa的多聚蛋白。Bc ULV2与Botrytis cinerea umbra-like virus 1具有最近的亲缘关系,但它们的复制酶一致性只有72.99%。因此,推定Bc ULV2是新番茄丛矮科病毒。Bc VV4的基因组由1条ds RNA组成。全长5284 bp,5?-UTR长303 bp,3?-UTR长68 bp。Bc VV4的基因组含两个ORF,ORF1(304-2679 bp)编码CP蛋白,ORF2(2709-5214 bp)编码Rd Rp,两个基因之间有30 bp的间隔区。这种基因组结构表明Bc VV4表达策略有别于全病毒的融合蛋白策略、核糖体-1移码策略和“AUGA”终止和起始策略等三种已知的基因表达策略,是一种新的表达策略,即CP和Rd Rp两个基因独立表达。Bc VV4与Fusarium sambucinum victorivirus 1有最近的亲缘关系,但它们的Rd RP一致性仅为56.05%,是一种新的全病毒科病毒。基于Rd Rp和CP的氨基酸序列进行系统发育分析,Bc VV4属于全病毒科的维多利亚病毒属病毒。Bc VV4的病毒粒子为球形,直径仅23-25 nm,小于已知的全病毒科病毒的粒子直径(30-40 nm)。Bc VV4极易通过原生质体脱除,脱去Bc VV4之后,原生质体再生后代的表型与IBc-352的表型没有显著区别,表明Bc VV4对寄主的表型没有显著影响。IBc-352菌株中的真菌病毒可以通过RNA/ds RNA转染的方式,将Bc ALV1-IBc-352、Bc MV4-IBc-352、Bc MV9-IBc-352及Bc HV1-IBc-352等4种真菌病毒转入B05.10菌株中。IBc-352菌株的原生质体再生菌株中仍然携带部分病毒,但生长和致病力得到了部分的恢复。IBc-352菌株含菌丝的发酵液匀浆后喷施番茄叶片,可能诱导叶片产生剧烈的过敏反应,高浓度发酵液导致叶片枯死;稀释100倍的发酵液处理叶片,接种灰葡萄孢,不能形成病斑。用稀释5-100倍的IBc-352菌株无菌发酵液处理番茄叶片,也可以显著抑制灰霉病斑面积,表明该菌株也可以合成抑菌物质。经过分子鉴定,确定IBc-114菌株为裂褶菌。IBc-114菌株中携带2种真菌病毒。其中一种编码的蛋白序列与灰葡萄孢线粒体病毒9(BCMV9)的相似度达97.91%,与Bc MV9-IBc-352具有完全相同的基因组序列,表明该病毒可以同时感染灰葡萄孢和裂褶菌。另一种是未知的病毒,该病毒基因组全长7370 nt,含ORF1(130-6036 nt)和ORF2(6102-6828 nt)两个ORF,5?-UTR与3?-UTR别为129 nt和1334 nt。ORF1编码大小为1968 aa的蛋白,预测编码病毒解旋酶和RNA复制酶;ORF2编码大小为242 aa的蛋白,未预测到保守结构域。利用RdRp和解旋酶的序列进行系统发育分析,发现该病毒与Benyviridae科的Benyvirus属病毒具有较近的亲缘关系,可能代表该科一个新的属。将该病毒命名为裂褶菌甜菜坏死黄脉病毒样病毒1(Schizophyllum commune beny-like virus 1,Sc BLV 1)。对IBc-114菌株进行原生质体再生脱毒试验,获得了无病毒感染的再生菌株或只携带一种病毒的菌株,不携带真菌病毒的菌株生长速率显著快于其他菌株。病毒Sc BLV1的存在会抑制IBc-114菌丝生长的速度。菌株IBc-114对灰葡萄孢的生长和致病没有显著抑制作用。总之,本研究研究了来自以色列的菌株IBc-352和IBc-114中的真菌病毒,从中发现了4种新的真菌病毒,发现一种线粒体病毒可以同时感染属于子囊菌门的灰葡萄孢和属于担子菌门的裂褶菌,揭示了一种全新的全病毒科病毒表达模式,还初步发现了IBc-352良好的防病潜力。研究结果丰富了对病毒多样性、生态和进化的认识;同时为防治灰霉病害提供了新的生物材料。
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