豇豆轻斑驳病毒基因组结构特征及其编码蛋白功能分析

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豇豆轻斑驳病毒(Cowpea mild mottle virus,Cp MMV)是一种烟粉虱传播的植物病毒,主要侵染危害豆科作物,在世界多地有发生危害报道,对豆类作物安全生产造成了严重危害。在我国,Cp MMV于2009年在台湾地区首次出现发生危害报道,之后海南、江西、安徽等地陆续出现危害,严重威胁当地大豆等作物的安全生产。2019年,本研究在调查江苏大豆病毒病时,发现在徐州、淮安等地大豆产区存在疑似病毒感染的发病植株(表现叶片黄化、花叶等症状),田间病样采集后进行了分子检测,RT-PCR的结果显示其中存在Cp MMV感染,进一步对其CP基因进行了克隆和序列测定,序列分析结果也证实了检测到的病毒为Cp MMV,这也是Cp MMV在江苏发生的首次报道。为明确Cp MMV江苏分离物的基因组结构特征,阐明其分类地位及进化特点,本研究通过分段法对Cp MMV江苏大豆分离物基因组序列片段进行了克隆,克隆后的片段序列测定后经拼接获得病毒全基因组序列。结果显示Cp MMV江苏分离物基因组核苷酸序列全长8194 bp,编码6个蛋白,5′端和3′端各含有一个非编码区(UTR),长度分别为72 nt和117 nt;在编码的6个蛋白中,CP与其他分离物之间的同源性较高(96.5-100%),相对保守;而Rd Rp(81.1-98.2%)、TGB1(81.0-97.0%)、TGB3(80.9-95.6%)同源性相对较低,在不同分离物中表现较好的多样性;基于全基因组序列的系统进化分析结果显示其与公开的其他Cp MMV分离物同源性较高,共同聚类到一个大分枝,其中与中国安徽分离物同源性最高(98.2%),海南分离物次之(96.0%),而与美国、巴西、印度、墨西哥、肯尼亚等国外分离物同源性相对较低(<82.7%),相对远源。研究结果明确了Cp MMV江苏分离物的基因组结构特征和分类地位,为后续深入研究Cp MMV的群体遗传学特征及进化动态奠定了基础。病毒编码蛋白的亚细胞定位与其生物学功能密切相关,为了进一步解析Cp MMV编码蛋白的亚细胞定位特征及相关功能,根据Cp MMV江苏分离物基因组结构特征,有针对性的设计了特异性引物,克隆了病毒编码的5个蛋白:TGB1、TGB2、TGB3、CP和NBP,并构建了含有荧光标签(YFP)的融合表达载体,农杆菌浸润法接种本氏烟,利用激光共聚焦显微镜对其在细胞内的定位特征进行了观察,结果显示TGB1、TGB2、TGB3、CP和NBP等5个蛋白在细胞核和细胞质中均有分布,经RT-PCR和Western blot技术确认蛋白在本氏烟细胞内的转录和翻译情况,明确了Cp MMV编码的5个蛋白亚细胞定位特征。为进一步解析Cp MMV编码蛋白的致病特征,5个病毒编码蛋白(TGB1、TGB2、TGB3、CP和NBP)克隆后连接至PVX异源表达载体,接种本氏烟后观察其对PVX致病性的影响,结果发现:TGB1、TGB2、TGB3、NBP接种株叶片表现明显的花叶、褪绿等症状,同时TGB3、NBP接种株后期会伴有植株矮化症状,NBP接种株叶脉伴有轻微坏死;而对照组植株仅出现轻微花叶的症状,表明了这4个蛋白都能加重PVX的症状,是重要的致病相关因子。而CP基因诱导的症状和对照组相近,暗示了其可能不是一个直接参与致病的相关因子。病毒在侵染过程其编码蛋白也会通过互作来实现不同的功能,为深入研究Cp MMV编码蛋白的作用方式,对其编码的4个致病相关蛋白进行了克隆,并利用酵母双杂交系统对其与病毒编码其他蛋白互作关系进行了研究,结果显示在筛选的25个组合中,TGB1和TGB3存在互作、CP蛋白自身互作,这些结果为后续深入解析这些蛋白在病毒与寄主互作过程中的作用方式和作用机理奠定基础。
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