海南槟榔黄化相关病原筛选鉴定研究

来源 :海南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael_jian
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槟榔(Areca catechu)属棕榈科槟榔属多年生常绿乔木,是一种典型的热带经济作物和观赏作物,也是重要的南药资源。近年来槟榔黄化病(Yellow leaf disease,YLD)的发生并呈现快速蔓延的趋势,造成槟榔大面积减产,严重影响槟榔产业的健康发展,槟榔黄化病成为限制海南槟榔产业发展最主要的限制性因素。根据国内外文献报道,槟榔黄化病是一种植原体感染引起的槟榔病害,但不同作者描述的症状却不尽相同,且很多发生黄化的槟榔样品中未能检测出植原体,因此槟榔黄化病的病原还存在较大争议。为了确定海南槟榔黄化病的病原,本文首先对海南省槟榔主产区的槟榔黄化相关病害进行调查,准确鉴定不同病因引起的槟榔黄化的症状,并采用第二代测序技术对槟榔黄化病的病原进行筛选及鉴定,获得以下研究结果:1、槟榔黄化相关致害因子调查研究本文分别对三亚、陵水、万宁、琼海、文昌、定安、屯昌、琼中、乐东9个市县19个槟榔园进行槟榔黄化致害因子等病害调查。发现生物因子(叶部病害和根病等病原微生物)和非生物因子(干旱、药害、肥害、除草剂使用不当等)都会引起槟榔黄化。危害比较严重的真菌病害有6种,包括炭疽病(Colletotrichum sp.)、根腐病(Fusarium solani)、弯胞属叶斑病(Curvularia pseudobrachyspora)、拟盘多毛孢叶斑病(Pestalotiopsis clavispora)、叶点霉属叶斑病(Phyllosticta cavendishii)、煤霉病(Curvalaria lunata)、煤烟病(Leptoxyphium fumago);芽腐病在海南多个地区都有发生,会造成槟榔芯部腐烂死亡,危害较为严重;病毒性的槟榔坏死环斑病害(ANRSD)和槟榔坏死梭斑病害(ANSSD)在海南发生很普遍,但危害不严重;细菌性叶斑病/条斑病危害较少。调查发现,槟榔黄化病是危害海南槟榔的最主要病害,其病征明显区别于其他病害;在发病初期,只有树冠中部或下部1-2片叶子的边缘和叶尖出现黄化,然后黄化面积逐渐扩大,黄化部位表现不均匀(叶脉绿色,叶片黄色),黄化叶片数逐渐增多。发病中后期,新抽出叶片变短,树冠变短出现束顶。黄化症状对冷天气很敏感,冬天黄化加剧,而夏天多雨季节症状有所缓解。2、槟榔黄化相关新的真菌病害的鉴定针对其发病症状与文献描述不完全一致的病害,本文采取病原菌纯化分离、形态学观察和分子生物学技术进行鉴定,首次鉴定了弯胞属(Curvularia pseudobrachyspora)真菌引起的槟榔叶斑病、镰刀菌(Fusarium solani)引起槟榔根腐和叶片黄化的病害、弯胞属(Curvalaria lunata)真菌引起的槟榔煤霉病等3种槟榔新病害。其次,我们还发现海南槟榔炭疽病(Colletotrichum sp.)有4个小种(C.gloeosporioides,C.siamense,C.fructicola和C.camelliae),其中三个(C.siamense、C.fructicola、C.camelliae)为首次在槟榔上报道,这些新病害的鉴定为诊断和防治槟榔病害奠定理论基础。3、槟榔黄化病相关病原的筛选与鉴定虽然文献报道槟榔黄化病的病原是植原体(phytoplasma),但我们在采集到的绝大部分槟榔黄化病样品未检测到植原体。为了筛选槟榔黄化病的病原,我们利用RNA-seq和数字表达谱(DEG)技术对槟榔黄化病样品进行分析,在819个差异表达基因(DEGs)中,发现9个DEGs在病样中表达量非常高,而健康对照中未表达,其中6个DEGs注释为槟榔隐症病毒(Areca palm velarivirus 1,APV1)基因,另外3个DEGs与病原无关,健康样和病样都未检测到植原体相关基因,表明所检测黄化样品植原体不是槟榔黄化病致病因子,APV1病毒可能是引起槟榔黄化的病原,为此,我们开展以下鉴定:(1)APV1病毒与槟榔黄化病的关联性分析:在海南12个不同地区采集了76个典型槟榔黄化病症状的叶片样本,5对引物中至少有2对可以通过RT-PCR检测到APV1;此外,90份无症状样本中,琼海和万宁槟榔黄化病发病区各有4份经RT-PCR检测APV1阳性结果,提示槟榔黄化相关病毒可能潜伏在无症状树中;从海口、儋州等槟榔黄化病非病区采集的无症状样本均未检出APV1,结果显示APV1与槟榔黄化病之间存在着强烈而一致的关联。(2)APV1病毒粒子的分离纯化和电镜分析:通过病毒纯化和SDS-PAGE电泳,发现病毒外壳蛋白约为35k Da,大小与RNA-Seq预测的结果一致;通过RT-PCR核酸检测,确定所纯化病毒粒子就是APV1病毒;扫描电镜分析显示,APV1病毒粒子呈弯曲、线状,与长线科病毒粒子形态一致,证明槟榔黄化病病样中含有APV1病毒粒子,但健康槟榔样品中没有。(3)APV1病毒传播虫媒的筛选鉴定:我们从海南槟榔园收集多种刺吸式口器昆虫进行RT-PCR检测,发现黑刺粉虱(Aleurocanthus spiniferus Quaintance)和长尾粉蚧(Pseudococcus sp.)携带APV1病毒,说明这两种昆虫可能是APV1病毒传播虫媒,为准确鉴定APV1病毒的传播虫媒指明了方向,并为病毒性槟榔黄化病的防控提供理论基础。综上所述,本文鉴定了3种新的槟榔真菌病害和3种新的槟榔炭疽菌小种与槟榔黄化相关,发现海南槟榔黄化病与APV1病毒密切相关,黑刺粉虱和长尾粉蚧携带APV1病毒,可能是其传播虫媒,本文的研究成果为海南槟榔黄化病的防控奠定理论基础。
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