侵染甘蔗的高粱花叶病毒的遗传多样性及群体遗传结构分析

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甘蔗花叶病是甘蔗的主要病毒病之一,在多数种植甘蔗的国家和地区普遍发生,严重影响甘蔗产量。高粱花叶病毒(Sorghum mosaic virus,SrMV)、甘蔗条纹花叶病毒(Sugarcane streak mosaic virus,SCSMV)和甘蔗花叶病毒(Sugarcnae mosaic virus,SCMV)是引起甘蔗花叶病的主要病原物,其中SrMV和SCMV属于马铃薯Y病毒科Potyviridae马铃薯Y病毒属Potyvirus,而SCSMV属于禾本科病毒属Poacevirus。本研究采集了我国6个省(区)蔗区104份甘蔗叶片样品,并开展SrMV、SCSMV和SCMV这3种病毒的RT-PCR分子检测。检测结果显示SrMV检出率为96.1%(100/104),SCSMV检出率为21.1%(22/104)而SCMV的检出率仅为6.7%(7/104)。在所有RT-PCR检测为阳性的甘蔗叶片样品中,有72.1%(75/104)的样品单独感染了SrMV,有6.7%(7/104)的样品混合感染SrMV与SCMV,有17.3%(18/104)的样品混合感染SrMV与SCSMV,而只有3.8%(4/104)的样品单独感染SCSMV,但未发现SCMV单独侵染的样品。随后,SrMV阳性样品RT-PCR产物经克隆和测序后,共获得113条SrMV外壳蛋白cp片段序列,大小为849-873bp,存在3种插入/缺失(InDel)突变类型。将本研究获得的113条和已报道的75条SrMV-cp序列利用邻接法构建系统进化树,结果显示这些SrMV分离物划分为3个主要进化分支和6个组群(基因型)。这6个组群之间的核苷酸、氨基酸的一致性分别为74.3-94.1%和84.7-98.1%;SrMV-G5是一个新的基因型,仅在福建和广西发现,而SrMV-G6则仅在云南发现。对来自不同地理来源的SrMV分离物进行群体遗传结构和分子进化分析,结果表明负向选择和频繁的基因流是驱动不同国家之间或者来自中国不同地区之间的SrMV遗传群体结构形成的主要因素。  最后,通过对SrMV基因组分段克隆,共获得17条SrMV中国分离物全基因组序列,核苷酸大小在9585-9652bp之间,序列一致性为78.6-96.7%,多聚蛋白氨基酸序列一致性为88.9-98.5%。基于本研究获得的17条和已公布的4条SrMV分离物的全基因组系统进化分析,结果也进一步证实我国蔗区至少存在6种不同的SrMV基因型(组群)或株系。随后,基于SrMV全基因组水平的遗传重组分析,发现SrMV存在频繁的遗传重组现象,这一结果表明遗传重组也是SrMV进化的主要动力之一。  综上所述,本研究首先明确了引起我国蔗区甘蔗杂交种的花叶病病原是SrMV,并且从SrMV cp基因和全基因组水平揭示了我国蔗区SrMV分离物存在丰富的遗传多样性,不同地理来源的SrMV种群群体遗传结构形成和分子进化动力是负向选择、频繁的基因流和遗传重组。这些研究结果进一步丰富了全球SrMV遗传多样性的分子生物学信息,也为我国花叶病的生态防控和抗病分子育种提供参考。
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